Блог около Высокомощные лазерные диодные сборки продвигают когерентные лазеры на 2 микрона

Представьте себе точный лазерный луч, пронзающий атмосферу Земли из безбрежного космоса и обнаруживающий тонкие изменения ветрового поля. Эта, казалось бы, футуристическая технология опирается на критически важный компонент: массивы лазерных диодов (МЛД).

Массивы лазерных диодов составляют основу твердотельных лазерных систем с диодным накачиванием, а их производительность напрямую определяет возможности всей системы. В качестве источников накачки МЛД обеспечивают энергией твердотельные лазерные среды, генерируя когерентные лазерные лучи с высоким пространственным и спектральным качеством. Конструкция твердотельных лазеров и характеристики лазерных материалов определяют рабочую длину волны, длительность импульса и требования к мощности лазерных диодов.

По сравнению с широко используемыми 1-микронными лазерами, 2-микронные твердотельные лазеры с высокой энергией импульса представляют собой значительно более сложные задачи в плане требований к накачке. Кроме того, такие приложения, как глобальное космическое профилирование ветра и обнаружение турбулентности в чистом воздухе с самолетов, требуют надежности и срока службы, значительно превосходящих текущие возможности МЛД.

Недавние достижения в области квазинепрерывных МЛД с высокой пиковой мощностью импульса в охлаждаемых кондуктивно корпусах обещают решение инженерных задач в твердотельных лидарных приборах. Однако, несмотря на эти разработки, МЛД, отвечающие требованиям космических и бортовых когерентных лидаров, по-прежнему сталкиваются с проблемами срока службы и надежности.

2-микронные твердотельные лазеры со средней и высокой энергией импульса требуют мощных квазинепрерывных МЛД с минимальной длительностью импульса 1 миллисекунда при длине волны 792 нанометра. Такая относительно большая длительность импульса вносит значительный вклад в ограниченный срок службы массива, поскольку подвергает активные области лазерных диодов высоким температурам и сильным термическим циклам. Термическое циклирование в активной области считается основной причиной быстрой деградации мощности МЛД, в то время как чрезмерное повышение температуры приводит к преждевременному отказу.

Экстремальное повышение температуры во время импульсов создает значительные напряжения внутри отдельных эмиттерных планок из-за локального нагрева и различных термических несоответствий между планками, подложками и материалами пайки. Хотя тщательная конструкция лазерной головки может смягчить термическую деградацию за счет улучшения теплоотвода и работы диодов значительно ниже максимальных номинальных значений, требуются более комплексные решения.

Для тщательного исследования производительности МЛД была разработана специализированная платформа характеризации массивов лазерных диодов (LDCF). Платформа состоит из двух ключевых измерительных станций:

• Станция характеризации лазерных диодов: Эта станция собирает фундаментальные параметры, включая мощность, длину волны, ширину линии и эффективность. Она также выполняет специализированные измерения, такие как тепловое профилирование граней и корпусов лазерных диодов, анализ качества луча в ближнем и дальнем поле, а также спектральные измерения высокого разрешения.
• Станция тестирования срока службы: Этот автоматизированный комплекс может одновременно измерять восемь МЛД с использованием стандартизированных приборов для точного сравнительного анализа. Система автоматически устанавливает рабочие параметры, собирает и архивирует данные, помечает аномалии и при необходимости генерирует оповещения.

Для увеличения срока службы и эффективности МЛД был разработан корпус, разработанный по индивидуальному заказу, включающий шесть эмиттерных планок мощностью 100 Вт. В этом экспериментальном МЛД используются алмазные подложки и теплоотводы вместо обычных подложек из оксида бериллия и медных теплоотводов, что значительно улучшает отвод тепла от активной области.

Тепловые характеристики оценивались путем работы массива при постоянном токе 80 А и частоте повторения 10 Гц при измерении выходной длины волны и электрооптической эффективности при различных длительностях импульса. Сравнительный анализ показал, что корпус на основе алмаза демонстрировал более низкое тепловое сопротивление, указывая на превосходный теплоотвод, который может значительно продлить срок службы.

Мощные массивы лазерных диодов остаются критически важными компонентами для 2-микронных твердотельных когерентных лазеров, а их производительность напрямую влияет на возможности всей системы. Текущие исследования сосредоточены на оптимизации конструкций корпусов, улучшении тепловых материалов и изучении новых структур лазерных диодов для удовлетворения строгих требований передовых лидарных приложений.

Благодаря непрерывным инновациям исследователи стремятся преодолеть текущие ограничения, что позволит широко внедрять 2-микронные твердотельные когерентные лазеры в критически важных приложениях, включая космическое картирование ветрового поля и мониторинг атмосферы.