千瓦-萬(wàn)瓦級(jí)半導(dǎo)體激光器的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

千瓦-萬(wàn)瓦級(jí)半導(dǎo)體激光器的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

Contents優(yōu)勢(shì)及意義1發(fā)展現(xiàn)狀2.1實(shí)現(xiàn)技術(shù)2.2

當(dāng)前核心問(wèn)題與挑戰(zhàn)3Logo1.優(yōu)勢(shì)及意義優(yōu)勢(shì)意義廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域軍事醫(yī)學(xué)工業(yè)航空娛樂(lè)對(duì)高功率半導(dǎo)體激光器需求迅猛增長(zhǎng)成本低Diagram2Diagram3Diagram2Diagram3體積小重量輕使用壽命長(zhǎng)電光轉(zhuǎn)換效率高Logo發(fā)展現(xiàn)狀多樣化商品化德國(guó)Laserline公司美國(guó)Limo公司美國(guó)TreaDioe公司德國(guó)Trumf公司德國(guó)Dalas公司國(guó)外Laserline公司光纖耦合激光器功率高達(dá)10000WLogoLogo發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展迅猛起步晚北京工業(yè)大學(xué)1050w12m·mrad西安矩光3000W3mm×7mm電子十三所1600W國(guó)內(nèi)飛虹激光

DISTA系列世界第一臺(tái)主動(dòng)防高功率激光反射工業(yè)半導(dǎo)體激光器。功率達(dá)到4000w.將突破6000wLogo2.2實(shí)現(xiàn)技術(shù)單發(fā)射腔垂直腔面發(fā)射陣列單巴條疊陣面陣特征多單管耦合，方式有光纖耦合及空間耦合單管垂直腔面發(fā)射，集成面陣，小單位面陣集成為大面陣以邊發(fā)射單巴條為基礎(chǔ)，疊陣，面陣形式優(yōu)點(diǎn)理論工藝相對(duì)簡(jiǎn)單可靠性高光束對(duì)稱性好，可高度聚焦，進(jìn)入光纖耦合效率高。有利于大規(guī)模二維列陣散熱能力相對(duì)較好，壽命長(zhǎng)、可靠性高，技術(shù)成熟缺點(diǎn)光束質(zhì)量差，集成體積較大，也難以對(duì)該光束進(jìn)行進(jìn)一步的整形來(lái)提高光亮度單管功率低，散熱路徑與發(fā)光路徑同一方向，熱應(yīng)力問(wèn)題。體積龐大，仍有很大的提升空間。Logo2.2實(shí)現(xiàn)技術(shù)疊陣面陣技術(shù)百瓦單巴條單疊陣千瓦級(jí)一維疊陣萬(wàn)瓦級(jí)二維疊陣面陣萬(wàn)瓦級(jí)帶光學(xué)整形面陣萬(wàn)瓦級(jí)帶快軸準(zhǔn)直Logo3.問(wèn)題與挑戰(zhàn)解決辦法A微通道散熱技術(shù)B噴霧冷卻技術(shù)①熱管理熱應(yīng)力管理半導(dǎo)體激光器的壽命，最大輸出功率都極大地受工作溫度的影響。散熱問(wèn)題成為了研制千瓦萬(wàn)瓦級(jí)半導(dǎo)體的重中之重！Logo①熱管理熱應(yīng)力管理噴霧冷卻系統(tǒng)圖傳熱系數(shù)大溫度均勻性好過(guò)熱度小臨界熱流密度高低冷卻液流量Logo②光譜控制巴條特性差異溫度的不均性1.合理熱管理，保證巴條中心波長(zhǎng)一致2.通過(guò)計(jì)算模擬系統(tǒng)溫度，合理分配巴條原因解決辦法Logo③光斑控制兩倍束腰半徑

2W0/mm遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角θ0/mrad光參數(shù)積MBPP/mm·mrad)準(zhǔn)直前快軸0.00157850.29準(zhǔn)直后快軸0.720.35準(zhǔn)直前慢軸10140350準(zhǔn)直后慢軸1054135Logo③光斑控制控制辦法非相干耦合

折射整形反射整形折反射整形相干耦合

衍射整形法挑戰(zhàn)對(duì)多疊陣面陣光學(xué)整形技術(shù)的挑戰(zhàn)對(duì)光學(xué)元件加工的挑戰(zhàn)對(duì)光學(xué)耦合器件的挑戰(zhàn)Logo④封裝技術(shù)銦焊料氧化空洞熱應(yīng)力問(wèn)題3~5年壽命無(wú)銦焊料有效避免以上問(wèn)題25年壽命Logo4總結(jié)綜上所述，近年來(lái),大功率半導(dǎo)體激光器的研發(fā)取得了巨大的進(jìn)步，但