رقاقة الليزر

رقاقة الليزر، والتي تسمى أيضًا شريط ليزر ديود غير مُثبت، عبارة عن شريحة ليزر أحادية الباعث أو شريحة ليزر أحادية الشريط، والتي لا يتم تركيبها على المشتت الحراري وتفتقر إلى أي تغليف خارجي. اختر من بين مواد أشباه الموصلات GaAs وInP وGaSb للحصول على طول موجي يتراوح من 450 نانومتر إلى 2 ميكرومتر، مما يوفر موثوقية وأداء استثنائيين.

شريحة الليزر عبارة عن شريحة مصغرة تدمج أشعة الليزر والمكونات الإلكترونية الضوئية الأخرى. المكون الأساسي لرقاقة الليزر هو ليزر أشباه الموصلات، والذي يستخدم عملية إعادة تركيب الإلكترونات والثقوب الموجودة في المواد شبه الموصلة لتوليد أشعة الليزر. تعد رقائق الليزر أصغر حجمًا وأخف وزنًا من ليزر الغاز التقليدي أو ليزر الحالة الصلبة، مما يجعلها مناسبة للدمج في العديد من الأجهزة المحمولة والمدمجة.

باعث واحد

شريط واحد

شريحة في سيسيل

رقاقة ثعبان البحر باعث واحد

شريحة ثعبان البحر ذات شريط واحد

الفرق الرئيسي بين شريحة الليزر ذات الباعث الفردي ورقاقة الليزر ذات الشريط الواحد هو هيكلها وتطبيقها. عادةً ما تشير شريحة الليزر ذات الباعث الواحد إلى شريحة ليزر واحدة، في حين أن شريحة الليزر ذات الشريط الواحد عبارة عن هياكل على شكل شريط تتكون من شرائح ليزر متعددة.

تتكون شريحة الليزر ذات الباعث الواحد من شريحة ليزر واحدة وعادةً ما يكون حجمها أصغر وإخراجها أقل للطاقة. وعادة ما تستخدم في التطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في الشعاع، مثل اتصالات الألياف الضوئية ومؤشرات الليزر. تتمثل خصائص شريحة الليزر أحادية الباعث في جودة شعاعها العالية ومناسبة للتطبيقات التي تتطلب اتجاهية عالية وسطوعًا عاليًا.

شرائح الليزر أحادية الشريط عبارة عن هياكل على شكل شريط تتكون من شرائح ليزر متعددة وعادةً ما يكون لها حجم أكبر وإخراج طاقة أعلى. تعتبر شريحة الليزر أحادية الشريط مناسبة للتطبيقات التي تتطلب إنتاج طاقة عالية، مثل معالجة المواد والمعدات الطبية وأدوات البحث العلمي. تتمثل خصائص شريحة الليزر أحادية الشريط في قدرتها العالية على الإنتاج ومناسبة للتطبيقات التي تتطلب تشعيعًا بمساحة كبيرة أو طاقة عالية.

فيما يتعلق بالتفاصيل والتطبيقات الفنية، تختلف أيضًا شريحة الليزر أحادية الباعث وشريحة الليزر أحادية الشريط في طرق التحضير واختيار المواد. عادةً ما يتم تحضير شريحة الليزر ذات الباعث الفردي باستخدام تقنية ترسيب البخار الكيميائي العضوي المعدني وتتميز بجودة وكفاءة شعاع عالية. تتجنب شريحة الليزر أحادية الشريط الليزر الجانبي من خلال تصميم الطبقة الفوقية وأخدود العزل، وتحسن موثوقية ومتانة الجهاز.

يمكن تقطيع أشرطة الليزر غير المثبتة إلى شرائح ليزر باعثة واحدة، بما في ذلك الخطوات التالية:

الكتابة: على كل شريط ليزر غير مثبت يتم شقه، يتم إجراء الكتابة بين شريحتين متجاورتين.

توسيع الفيلم: يتم نقل الفيلم اللاصق مع شريط الليزر المرفق إلى آلة توسيع الفيلم لتوسيع الفيلم الأول. بعد اكتمال توسيع الفيلم، يكون الفيلم اللاصق في حالة التمدد الأولى ويبقى في هذه الحالة.

التقسيم: يتم نقل الفيلم اللاصق في حالة التمدد الأولى إلى آلة التقسيم، ويتم تقسيم شريط الليزر على طول خط الكتابة لفصل الرقائق الموجودة على شريط الليزر عن بعضها البعض. من خلال توسيع الفيلم اللاصق المتصل بشريط الليزر قبل الانقسام، يتم توفير الإجهاد المسبق للرقائق على جانبي خط الكتابة، بحيث يمكن فصل الرقائق بشكل طبيعي بشكل نظيف على طول اتجاه الكتابة أثناء التقسيم، وتجنب تصادم الرقائق مع كل منها أخرى أثناء الانقسام والتعرض للتلف.

المفتاح لهذه الطريقة هو توفير الإجهاد المسبق عن طريق توسيع الفيلم لضمان إمكانية فصل الرقائق بشكل طبيعي على طول اتجاه الكتابة أثناء التقسيم، وبالتالي تحسين إنتاجية وجودة الرقائق.

‌التباعد بين بواعث شريط الليزر غير المثبت له تأثير كبير على الأداء. يمكن أن يضمن تباعد الباعث الموحد تأثيرًا أفضل لتبديد الحرارة لشريط الليزر غير المركب، وبالتالي تحسين عمر واستقرار شريط الليزر غير المركب.

ستؤثر المسافة بين بواعث شريط الليزر غير المثبت على تأثير تبديد الحرارة. إذا كانت المسافات بين الباعثات غير متساوية، فقد يتسبب ذلك في ارتفاع درجة حرارة بعض الباعثات بشكل كبير، مما يؤثر على أداء وعمر الليزر. من خلال ضبط عرض كل باعث للشريط، يمكن جعل تبديد الحرارة للشريط بأكمله أكثر تجانسًا، ويمكن تجنب أن تكون درجة حرارة الباعث الأوسط أعلى بكثير من درجة حرارة باعث الحافة، وبالتالي تقليل المشاكل من تحول الطول الموجي وتقليل عرض النبض.

يؤثر التباعد بين الباعثات أيضًا على سطوع شريط الليزر غير المثبت. إذا كانت المسافة بين الباعثات كبيرة جدًا، فقد يتسبب ذلك في سطوع غير متساوٍ ويؤثر على تأثير العرض. يمكن أن يضمن التباعد المناسب بين الباعثات تأثير العرض وأداء شريط الليزر غير المثبت في سيناريوهات التطبيقات المختلفة.

هناك متطلبات متعددة للمشتتات الحرارية المستخدمة في تعبئة رقائق الليزر، بما في ذلك بشكل رئيسي التوصيل الحراري، ومطابقة معامل التمدد الحراري، والقدرة على تحرير الضغط الحراري، ومعالجة الأسطح. ‌

أولا، الموصلية الحرارية هي واحدة من المعلمات الهامة لمواد المشتت الحراري. تولد رقائق الليزر الكثير من الحرارة أثناء التشغيل. إذا لم يكن من الممكن تبديد الحرارة في الوقت المناسب، فسوف يؤثر ذلك على أداء الليزر وعمره. لذلك، يجب أن تتمتع مادة المشتت الحراري بموصلية حرارية عالية حتى تتمكن من التخلص من الحرارة بشكل فعال. تتمتع مواد المشتت الحراري الشائعة مثل نيتريد الألومنيوم وكربيد السيليكون والماس وما إلى ذلك بموصلية حرارية عالية‌.

ثانيًا، تعتبر مطابقة معامل التمدد الحراري‌ مهمة جدًا أيضًا. يجب أن تتطابق معاملات التمدد الحراري لرقائق الليزر ومواد المشتت الحراري لتقليل الضغط الناتج عن التغيرات في درجات الحرارة ومنع التشققات أو التشوه بين المواد. على سبيل المثال، معامل التمدد الحراري لنتريد الألومنيوم هو 4.6×10^-6/K، وهو قريب من معامل التمدد الحراري لرقائق الليزر، لذلك غالبًا ما يتم استخدامه كمواد امتصاص حراري انتقالية.

بالإضافة إلى ذلك، تعد القدرة على إطلاق الضغط الحراري‌ عاملاً رئيسيًا أيضًا. سوف تتسبب الحرارة الناتجة عن الليزر أثناء التشغيل في حدوث إجهاد حراري بين الشريحة والمشتت الحراري. إذا لم تتمكن مادة المشتت الحراري من تحرير هذه الضغوط بشكل فعال، فقد يتسبب ذلك في انخفاض أداء الليزر أو فشله. لذلك، يجب أن تتمتع مادة المشتت الحراري بقدرات جيدة على تحرير الضغط الحراري‌.

وأخيرًا، تؤثر معالجة السطح أيضًا على أداء المشتت الحراري. تحتاج المعالجة السطحية لمواد المشتت الحراري إلى تلبية بعض متطلبات المظهر والاختبار الفيزيائي والكيميائي لضمان موثوقيتها ومتانتها في التطبيقات العملية.

باختصار، يجب أن يتمتع المشتت الحراري المستخدم لرقائق الليزر المعبأة بموصلية حرارية عالية، وأن يتوافق مع معامل التمدد الحراري للرقاقة، وقدرات جيدة لتحرير الضغط الحراري ومعالجة سطحية مناسبة لضمان استقرار الليزر وموثوقيته على المدى الطويل.

‌تتضمن الخطوات الأساسية لتعبئة قضبان شرائح الليزر غير المثبتة ما يلي: اختيار مواد التغليف المناسبة، وتصميم هيكل التغليف، وإجراء اللحام والربط، وتحسين الإدارة الحرارية.

أولاً، يعد اختيار مادة التغليف المناسبة هو المفتاح لضمان أداء شريط رقاقة الليزر غير المثبت. على سبيل المثال، يمكن استخدام اللحام الصلب من القصدير الذهبي لتعبئة قضبان الليزر الزرقاء شبه الموصلة من نيتريد الغاليوم (GaN) عالية الطاقة، ويمكن استخدام المشتت الحراري الانتقالي من النحاس والتنغستن كطبقة عازلة لقمع الإجهاد المتبقي للتغليف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام نظام المواد الفوقي InGaAs/AlGaAs لتصميم مصفوفات شريط ليزر أشباه الموصلات المستدقة عالية الطاقة.

ثانيًا، يعد هيكل التغليف المصمم بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أداء قضبان شرائح الليزر غير المثبتة. على سبيل المثال، يمكن بناء هيكل الحزمة باستخدام مكونات مثل المشتتات الحرارية ذات القنوات الدقيقة، والأغشية العازلة، والأشرطة النحاسية لتحقيق إدارة حرارية جيدة وتوزيع التيار.

بعد ذلك تأتي عملية اللحام والربط. يتم استخدام آلة وضع عالية الدقة لربط الرقاقة بسهولة مع المشتت الحراري الانتقالي للنحاس والتنغستن، ويتم التحكم بدقة في درجة حرارة اللحام والضغط والوقت لضمان جودة اللحام. تظهر التجارب أن معلمات اللحام المناسبة يمكن أن تقلل بشكل كبير من المقاومة الحرارية وتيار العتبة، وبالتالي تحسين الطاقة الضوئية الناتجة وكفاءة التحويل الكهروضوئي.

وأخيرًا، يعد تحسين الإدارة الحرارية إجراءً مهمًا لضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل لقضبان شرائح الليزر غير المثبتة. من خلال التصميم العقلاني لهيكل المشتت الحراري واختيار المواد المناسبة، يمكن تقليل المقاومة الحرارية بشكل فعال، ويمكن تحسين كفاءة تبديد الحرارة، ويمكن تمديد عمر خدمة قضبان شرائح الليزر غير المثبتة.

1. منع التلوث: يجب تعبئة شريط الليزر غير المثبت في بيئة خالية من الغبار ومعقمة لمنع دخول الجسيمات والكائنات الحية الدقيقة. قد تؤثر هذه الملوثات على أداء وعمر شريط الليزر غير المثبت، وقد تتسبب أيضًا في فشل التغليف.

2. تحسين جودة التغليف: يمكن للتحكم البيئي في الغرفة النظيفة أن يضمن أن درجة الحرارة والرطوبة وتدفق الهواء أثناء عملية التغليف في أفضل حالة، وبالتالي تحسين جودة التغليف واتساقه. وهذا يساعد على تقليل عيوب التغليف وتحسين السعر المؤهل للمنتجات.

3. إطالة عمر الخدمة: يمكن أن يؤدي التغليف في بيئة نظيفة إلى تقليل الضرر الذي يلحق بقضيب الليزر غير المثبت بسبب العوامل الخارجية، وبالتالي إطالة عمر الخدمة. تقلل الغرفة النظيفة من مشاكل التلوث التي قد تتم مواجهتها أثناء عملية التعبئة والتغليف من خلال التحكم الصارم في الظروف البيئية، وتحمي استقرار وموثوقية شريط الليزر غير المثبت.

4. تحسين كفاءة الإنتاج: نظام الترشيح الفعال والظروف البيئية الخاضعة للرقابة الصارمة للغرفة النظيفة يمكن أن تقلل من انقطاع الإنتاج وإعادة العمل الناتج عن التلوث، وبالتالي تحسين كفاءة الإنتاج الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للغرفة النظيفة أيضًا ضمان استمرارية واستقرار عملية الإنتاج، مما يزيد من تحسين كفاءة الإنتاج.

‌الاختلافات الهيكلية‌:

‌EEL (ليزر انبعاث الحافة): يستخدم EEL انبعاث الإشعاع على طول اتجاه المحور، أي أن الضوء ينبعث على طول الاتجاه المستوي للجهاز، وعادةً ما يكون بهيكل أسطواني، ويصدر الضوء شعاع ليزر من الجانب.

‌VCSEL (الليزر الباعث لسطح التجويف العمودي): هيكل VCSEL عمودي، أي أن الضوء عمودي على الجهاز، وينبعث الضوء بشكل أساسي من الأعلى، ويشكل بقعة دائرية.

وضع الانبعاثات‌:

‌EEL: ينبعث شعاع الليزر من الجانب من خلال هيكل أسطواني.

‌VCSEL: ليزر ينبعث من السطح، ينبعث الضوء بشكل رئيسي من الأعلى.

‌شكل البقعة‌:

‌EEL: البقعة المنبعثة بيضاوية الشكل.

‌VCSEL: البقعة المنبعثة دائرية.

‌اختلافات الأداء‌:

‌EEL: يتمتع بقدرة خرج أعلى وطاقة أعلى من ليزر واحد، وهو مناسب للتطبيقات ذات متطلبات الطاقة العالية.

‌VCSEL‌: يتمتع بكفاءة كمية داخلية عالية واستقرار حراري أفضل، ويمكنه تحقيق سرعة عالية واستهلاك منخفض للطاقة ونطاق واسع من درجات الحرارة‌.

‌مجالات التطبيق‌:

‌EEL‌: يُستخدم في الغالب للاتصالات عالية السرعة، مثل اتصالات الألياف الضوئية والطباعة بالليزر والأقراص الضوئية والقياس والكشف البصري‌.

‌VCSEL‌: يُستخدم بشكل شائع في التوصيل البيني البصري لمراكز البيانات، وتقنية الليدار، والتعرف على الوجه، والمسح الضوئي ثلاثي الأبعاد وغيرها من التطبيقات‌.

باختصار، لدى EEL وVCSEL اختلافات كبيرة في الهيكل ووضع الانبعاث وشكل البقعة والأداء ومجالات التطبيق. يمكن للمستخدمين اختيار شريحة الليزر المناسبة وفقًا للاحتياجات المحددة.

يتضمن عمل شريحة الليزر EEL Edge Emitting بشكل أساسي الخطوات التالية:

1. الحقن الحامل: من خلال تطبيق التحيز الأمامي، يتم حقن الإلكترونات من منطقة النوع N إلى الطبقة النشطة، ويتم حقن الثقوب من منطقة النوع P في الطبقة النشطة. في الطبقة النشطة، تتحد الإلكترونات والثقوب معًا لتوليد الفوتونات. تشبه هذه العملية الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، لكن EEL هو تحقيق الليزر بدلاً من الضوء العادي.

2. الإشعاع المحفز وتضخيم الضوء: تتفاعل الفوتونات المتولدة في الطبقة النشطة مع إلكترونات أخرى مثارة، مما يتسبب في انتقال هذه الإلكترونات إلى حالة طاقة منخفضة وإصدار المزيد من الفوتونات بنفس الطور والتردد والاتجاه مثل الفوتونات الأولية. هذا هو الإشعاع المحفز. عندما تنعكس الفوتونات ذهابًا وإيابًا بين هذه المرايا، يتم توليد المزيد من فوتونات الإشعاع المحفزة في الطبقة النشطة، مما يشكل آلية تضخيم الضوء في تجويف الرنين.

3. تجويف الرنين وتضخيم الضوء: نظرًا لأن الطبقة النشطة من EEL مدمجة بين مرآتين متوازيتين (الوجوه النهائية)، فإن هذه المرايا ستعكس بعض الفوتونات إلى الطبقة النشطة. عندما تنعكس الفوتونات ذهابًا وإيابًا بين المرآتين، يتم توليد المزيد من فوتونات الإشعاع المحفزة في الطبقة النشطة. تشكل عملية تضخيم الضوء المتكررة هذه آلية تضخيم الضوء في تجويف الرنين.

‌4. مخرج الليزر‌: عندما يصل عدد الفوتونات في تجويف الرنين إلى عتبة معينة، ستنبعث بعض الفوتونات من خلال الوجه النهائي مع انعكاس أقل لتشكيل مخرج الليزر. يكون اتجاه شعاع الليزر لـ EEL موازيًا لسطح الشريحة، لذلك يطلق عليه الليزر الباعث للحافة.

أربع طرق للتبريد

تبريد المشتت الحراري بالحمل الحراري‌: تستخدم هذه الطريقة مواد ذات موصلية حرارية عالية لإزالة الحرارة المتولدة وتبديد الحرارة عن طريق الحمل الحراري الطبيعي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تساعد الزعانف أيضًا في تبديد الحرارة وتحسين معدل نقل الحرارة لنظام التبريد‌.

‌مواد التوصيل الحراري‌: استخدم مواد ذات موصلية حرارية عالية لتقليل درجة حرارة الليزر. يمكن لهذه المواد توصيل الحرارة بشكل فعال، وبالتالي الحفاظ على التشغيل المستقر لليزر‌.

استنادًا إلى تكنولوجيا أشباه الموصلات الرائدة في الصناعة، توفر BrandNew مجموعة واسعة من خيارات شرائح الليزر. تتضمن بعض هذه الخيارات أطوال موجية تتراوح من 450 نانومتر إلى 2100 نانومتر، ورقاقة ليزر أحادية الباعث بقدرة خرج تصل إلى 20 وات ورقاقة ليزر أحادية الشريط بقدرة خرج تصل إلى 600 وات، وموجة مستمرة (CW) وموجة شبه مستمرة (QCW) ) خيارات. تتوفر شريحة الليزر والشريط في عوامل تعبئة مختلفة، وعروض الأشرطة، وعروض الأشرطة، وأطوال التجويف، ويمكن تطوير خيارات مخصصة لتلبية متطلباتك الفريدة.

يتم إنتاج رقائق الليزر تحت ضوابط الجودة الأكثر صرامة. نحن نعمل فقط باستخدام أحدث تقنيات التغليف والمعالجة وطلاء الجوانب. يتم استخدام طرق اللحام القياسية لتجميع رقاقة الليزر. تدعم المادة كلاً من اللحام الناعم (الإنديوم) واللحام الصلب (الذهب/القصدير). التكوين القياسي لرقاقة الليزر عبارة عن هيكل باعث منفصل على الجانب p. عند الطلب، تتوفر رقائق الليزر مع المعدنة المستمرة للجانب p وطلاءات الجوانب المُكيَّفة، باستخدام طلاءات AR منخفضة لتجميع الرنانات الخارجية.

تمتلك Brandnew Technology، إحدى الشركات الرائدة في تصنيع وتوريد ليزر الصمام الثنائي في الصين، مصنعًا محترفًا يقوم بتصنيع شرائح الليزر عالية الجودة ويبيعها بأسعار تنافسية. مرحبا بكم في منتجاتنا بالجملة المصنوعة في الصين.