CC BY
32
УДК 535.374:621.375.8
МОЩНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ДИОДЫ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 808 НМ И 980 НМ
В. В. Бсзотосный, В. К). Бондарев, М.С. Кривонос, В. А. Олсщснко,
Ю.М. Попов, Е. А. Чспюв
Разработана технология сборки мощных лазерных диодов на 808 tí 980 нм, позволяющая стабильно получать высокие параметры, излучения, при сборке на одном из стандартных типов тепло отводящ их элементов для, монтажа мощных лазерных диодов - C-маунте. Предельно достижимая мощность лазерных диодов с шириной полоскового контакта 150 микрон в непрерывном режиме генерации при температуре 20 °С составила, 25 Вт.
Ключевые слова: мощные лазерные диоды. 808 и 980 нм. технология монтажа.
Впечатляющий прогресс параметров диодных лазеров, прежде всего выходной мощности и срока службы, обусловили появление высокоэффективных лазерных технологических систем на основе твердотельных и волоконных лазеров с лазерной диодной накачкой, в значительной степени революционизирующих понятие лазерной обработки материалов. Такие системы все тттире используются в современном производстве для резки, сварки, сверления отверстий, упрочнения, очистки и других типов обработки различных материалов. Развитие технологий изготовления мощных диодных лазеров является, по-видимому, основным на сегодняшний день двигателем этого процесса. Необходимо отметить5 ЧТО в России производство мощных диодных лазеров и модулей на их основе заметно отстает от зарубежных аналогов, прежде всего из-за чрезвычайно высокой стоимости технологий производства таких систем. Сломать наметившуюся диспропорцию можно только ассоциированными усилиями отечественных фирм, рабо-тшощих в области полупроводниковой лазерной техники. Одним из таких ключевых моментов производства мощных надежных полупроводниковых лазерных систем является разработка технологий сборки полупроводникового лазерного кристалла на теп-лоотводе.
Основная задача увеличение выходной мощности и обеспечение заданного срока службы лазерных диодов.
Краткие сообщения по физике ФИАН
номер 5, 2010 г.
Рис. 1: Микрофотография выходного зеркала, собранного без термокомпенсатора лазерного диода.
При этом главной проблемой создания мощных диодных лазеров является обеспечение эффективного отвода тепла от лазерного кристалла [1. 2]. Решение этой проблемы связано с весьма сложным и дорогостоящим процессом монтажа лазерного кристалла на теплоотводятций элемент. От успеха этого процесса зависят основные выходные параметры готовых приборов (мощность излучения, полный КПД. спектральные параметры излучения, надежность и срок службы). По мере возрастания выходной мощности диодных лазеров на 808 и 980 нм ресурсная проблема остается по-прежнему весьма актуальной.
Для обеспечения надежной работы лазерного диода в течение длительного времени монтаж лазерного кристалла должен не только гарантировать заданный тепловой режим, но также обеспечить ограничение величины термоупругих напряжений в кристалле допустимыми пределами.
Для решения проблемы термоупругих напряжений используются два основных подхода. Применяется очень пластичный припой (например. на основе н пдн я). который уменьшает механические напряжения в паяном тттве. либо используется промежуточный термокомпенсируютций элемент. КТР (коэффициент термического расширения) которого близок к КТР лазерного кристалла. Нами реализован монтаж без термокомпенсатора (рис. 1).
Лазерные диоды спектрального диапазона 808 и 980 нм. изготовленные за рубежом. с разными длинами резонаторов полупроводниковых кристаллов (3 и 4 мм), были смонтированы на теплоотводе и подвергнуты экстремальным испытаниям для получения предельных характеристик, которые дают информацию о потенциале, заложенном в диодном лазере. В ходе испытаний в непрерывном режиме ток накачки увеличивался с шагом 0.3 А (рис. 2). При этом у всех диодов наблюдался линейный рост мощности до значения выходной мощности 12 14 Вт. Лазерный диод с длиной резонатора 4 мм.
Рис. 2: Предельные зависимости выходной мощности от тока накачки лазерных диодов с длиной резонатора 3 и 4 мм, излучающие на длинах волн 808 и 880 им.
излучающий на длине волны 808 нм, выдал максимальное значение мощности 17 Вт при 17 А тока накачки. Диод с резонатором 3 мм на 808 нм показал большую предельную мощность 25 Вт при токе накачки 27 А. Лазерный диод с длиной резонатора 3 мм, излучающий на 980 нм, выдержал ток накачки 38 А, и из-за меньшей эффективности структуры дал 25 Вт непрерывной мощности. Испытания проводились при температуре теплоотводящего элемента 20 °С.
Ресурсные испытания диодов проведены в течение 500 часов на мощности 8.5 Вт и
°
емых диодов.
ЛИТЕРАТУРА
[1] В. В. Безотосный, X. X. Кумыков, Н. В. Маркова, Квантовая электроника 23(9), 775 (1996).
[2] В. В. Безотосный, X. X. Кумыков, Квантовая электроника 25(3), 225 (1998).
По материалам 3 Всероссийской молодежной школы-семинара "Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики", Москва, ФИАН, октябрь 2009 г.
Поступила в редакцию 19 апреля 2010 г.
