Sử dụng phương pháp cộng năng lượng để chế tạo thiết bị laser bán dẫn công suất 30w

Laser bán dẫn có nhiều ưu điểm nổi trội như kích thước gọn nhẹ; hiệu suất chuyển đổi quang điện cao; điện năng tiêu thụ thấp; thời gian sống cao (trên 10.000 giờ); yêu cầu về nguồn cấp và hệ thống làm lạnh khá đơn giản; độ tin cậy cao; ngưỡng bơm thấp (cỡ vài trăm mA); cho phép phát xạ trên nhiều dải sóng; dễ điều chế; cho phép hoạt động ở cả chế độ xung lẫn chế độ phát xạ liên tục,...

Chính vì vậy, ngày nay laser bán dẫn công suất cao đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như dùng để bơm laser rắn, gia công vật liệu, ứng dụng trong y tế, công nghiệp, an ninh quốc phòng…Trong đó, các hệ laser bán dẫn công suất cao chiếm thị phần lớn trong các hệ laser.

Hình ảnh mô đun laser bán dẫn 30 W

Theo dự báo năm 2016 của 30 công ty hàng đầu trong lĩnh vực ứng dụng laser, doanh thu của công nghiệp laser đạt gần 11 tỷ USD, trong đó, doanh thu của laser bán dẫn chiếm 43% thị phần. Hai lĩnh vực chiếm tỷ trọng lớn nhất là lĩnh vực gia công vật liệu và thông tin.

Laser bán dẫn được Robert Hall công bố lần đầu năm 1962, hoạt động dựa trên chuyển tiếp pn trong bán dẫn GaAs, phát ra mode xung tại nhiệt độ thấp 770K, bước sóng trung tâm là 842 nm với độ rộng phổ cỡ 1,5nm. Mật độ ngưỡng bơm J ~ 85000 A/cm².

Trong khi đó, nhu cầu thực tế đang ngày càng đòi hỏi phải có những hệ laser công suất cao, tuổi thọ cao, việc chế tạo thử nghiệm các mô đun laser bán dẫn công suất cao bao gồm cả công nghệ hàn chíp, công nghệ hàn dây vàng, công nghệ đóng vỏ trong môi trường sạch mở ra hướng áp dụng phương pháp cộng năng lượng, tạo ra các thiết bị laser bán dẫn công suất cao. Đây cũng là một trong những hướng phù hợp để giải quyết vấn đề này.

Chính vì vậy, cơ quan chủ trì đề tài là Trung tâm Công nghệ Laser, Viện ứng dụng Công nghệ phối hợp với Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Tuấn Anh đã cùng thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị laser bán dẫn công suất 30w theo phương pháp cộng năng lượng”.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

1. Nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu, vận hành và đưa ra được chế độ làm việc tối uu cho các thiết bị hàn chíp, hàn dây vàng phục vụ quy trình đóng gói, tích hợp mô đun laser bán dẫn công suất cao;

2. Mô đun laser bán dẫn 8W được chế tạo từ chíp GaAs laser diode, làm việc tại bước sóng đỉnh 940 nm, độ rộng phổ FWHM 10nm;

3. Mô đun laser bán dẫn 30W được tích hợp từ 07 mô đun 8W theo phương pháp tích hợp sợi quang;

4. Nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành các nội dung cũng như số lượng, chất lượng sản phẩm đúng như đã đăng ký trong Thuyết minh đề tài;

5. Chất lượng của mô đun laser bán dẫn đã chế tạo có chất lượng chùm tia tương đương với một số mô đun đang có trên thị trường.

Nguồn: Cục Thông tin KHCNQG