მაღალი სიმძლავრის ნახევარგამტარული ლაზერის დიზაინის მოსაზრებები

დიზაინის მოსაზრებებიმაღალი სიმძლავრის ნახევარგამტარული ლაზერი
ეს სტატია სისტემატურად განიხილავს მაღალი სიმძლავრის ნახევარგამტარული კონსტრუქციის ძირითად დიზაინის მოსაზრებებს და განხორციელების მეთოდებს.ლაზერი„სიმძლავრის ზედა ზღვრის გაზრდის გზით სინათლის მოცულობის გაფართოებით, ენერგიის გარდაქმნისა და გაფრქვევის გზების ოპტიმიზაციის გზით და კატასტროფული ოპტიკური დაზიანების (COD) თავიდან აცილებით“, ზოგადი იდეის საფუძველზე ჩატარდა სიღრმისეული ანალიზი 9 ძირითადი ასპექტიდან:
1. ფართო გამოსხივების არეალი: ფართო არეალის სტრუქტურის მიღებით (მაგალითად, გამოსხივების არეალის სიგანის W რამდენიმე მიკრომეტრიდან 50-200 მიკრომეტრამდე გაზრდით), მაქსიმალური გამომავალი სიმძლავრე შეიძლება პირდაპირ ხაზოვნად გაიზარდოს, რაც წარმოადგენს ერთი მილის გამომავალი სიმძლავრის ვატის ან თუნდაც ათობით ვატის დონეზე მიღების ძირითად მეთოდს, მაგრამ ეს ამცირებს სხივის ხარისხს.
2. გრძელი ღრუ: ღრუს სიგრძის გაზრდა ელექტრო გათბობის მუშაობის გაუმჯობესებისა და ეფექტური და მაღალი სიმძლავრის მუშაობის მიღწევის გასაღებია. მისი არსი მდგომარეობს მოწყობილობის თერმული წინააღმდეგობისა და წინაღობის ეფექტურად შემცირებაში, რითაც თრგუნავს აქტიური რეგიონის შეერთების ტემპერატურის მატებას, ამცირებს სიმძლავრის გაჯერების ეფექტებს და აუმჯობესებს გამომავალ სიმძლავრესა და ეფექტურობას.
3. ტალღის გამტარებისა და ასიმეტრიული ოპტიკური ღრუების გაფართოება: ოპტიკური ველის განაწილების გაფართოებით (მაგალითად, ასიმეტრიული ოპტიკური ღრუ სტრუქტურების გამოყენებით), შესაძლებელია ოპტიკურ ველსა და მაღალი შთანთქმის დანაკარგების მქონე არეალებს შორის გადაფარვის შემცირება, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს შიდა დანაკარგებს, აუმჯობესებს კვანტურ ეფექტურობას და სითბოს გამომუშავებას. ამავდროულად, შესაძლებელია ვერტიკალური მიმართულებით სხივის ხარისხის გაუმჯობესებაც.
4. შევსების კოეფიციენტი: ზოლის მოწყობილობებში, შევსების კოეფიციენტი (სინათლის გამოსხივების ერთეულის მთლიანი სიგანის თანაფარდობა ზოლის მთლიან სიგანესთან) წარმოადგენს გამომავალი სიმძლავრის სიმკვრივისა და თერმული მართვის სირთულის დაბალანსების ძირითად პარამეტრს. მაღალი შევსების კოეფიციენტი უზრუნველყოფს მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივეს, მაგრამ მოითხოვს უკიდურესად მაღალ სითბოს გაფრქვევას, ხოლო დაბალი შევსების კოეფიციენტი უფრო ხელს უწყობს თერმული მართვის პროცესს და აუმჯობესებს საიმედოობას.
6. ბოლო ზედაპირის დაცვის ტექნოლოგია: ბოლო ზედაპირის კატასტროფული ოპტიკური სარკის დაზიანების (COMD) ზღურბლის გაუმჯობესება ენერგიის შეფერხების გადალახვის გასაღებია. სტატიაში განხილულია სამი ძირითადი ტექნოლოგია:
6.1 ღრუს ზედაპირის პასივაცია და დაფარვა: პასივაციის ფენების დალექვით და მაღალი არეკვლის/ანტიარეკვლის ფენების დაფარვით, ღრუს ზედაპირის დეფექტები პასივირდება, არარადიაციული რეკომბინაცია თრგუნავს და COMD ზღურბლი მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება.
6.2 არაშთანთქმადი ფანჯრის ტექნოლოგია: კვანტური ჭის ჰიბრიდიზაციისა და სხვა ტექნიკის გამოყენება ბოლო ზედაპირზე გამჭვირვალე ფანჯრის რეგიონის შესაქმნელად, სინათლის შთანთქმის შესამცირებლად და COMD-ის თავიდან ასაცილებლად.
6.3 ღრუს ზედაპირზე არაინექციური ზონის ტექნოლოგია: ღრუს ზედაპირთან ახლოს შემოიღეთ დენის არაინექციური ზონა, რათა შემცირდეს მატარებლის კონცენტრაცია და ღრუს ზედაპირზე არარადიაციული რეკომბინაცია.
7. მაღალი სიკაშკაშის დიზაინი: ფართო არეალის ლაზერში სხივის დაბალი ხარისხის პრობლემის გადასაჭრელად წარმოდგენილია მაღალი სიკაშკაშის გამოსავლის მისაღებად ორი ტექნიკა:
7.1. კონუსის სტრუქტურა: წინა ბოლოში ვიწრო ტალღგამტარი „დათესვის არეალის“ და უკანა ბოლოში „კონუსის გაძლიერების არეალის“ გაერთიანებით, სიმძლავრის გაძლიერებისას შენარჩუნებულია დიფრაქციის ზღვართან ახლოს მყოფი სხივის ხარისხი.
7.2 რეჟიმის კონტროლი: მიკროსტრუქტურების ფართო დიაპაზონში დანერგვა მაღალი რიგის განივი რეჟიმების დანაკარგის შერჩევით გაზრდის მიზნით, რითაც გაუმჯობესდება სხივის ხარისხი.

8. კვანტური ჭაბურღილის დეფორმაცია და დეფორმაციის კომპენსაცია: კვანტური ჭაბურღილის აქტიურ რეგიონში დეფორმაციის შეტანას შეუძლია ზოლის სტრუქტურის ოპტიმიზაცია, დიფერენციალური გაძლიერების გაძლიერება, რითაც მცირდება ზღურბლის დენი, იზრდება ეფექტურობა და გაუმჯობესებულია მაღალი ტემპერატურის მახასიათებლები. დეფორმაციის კომპენსაციის ტექნოლოგია ხელს უშლის დეფორმაციისა და დეფექტების დაგროვებას საპირისპირო დეფორმაციის მქონე ბარიერული ფენების გაზრდით, რაც უზრუნველყოფს მასალის ხარისხს.
9. გაუმჯობესებული თერმული მართვა და დაბალი დაძაბულობის შეფუთვა: მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივით გამოწვეული სითბოს გაფრქვევის გამოწვევების საპასუხოდ, ეს სტატია წარმოგვიდგენს ახალ სითბოს ჩამძირავ მასალებს (მაგალითად, ალმასის კომპოზიტურ მასალებს), მიკროარხის გამაგრილებლებს და შეფუთვის ტექნოლოგიებს, რომლებიც იყენებენ დაბალი დაძაბულობის ინტერფეისის მასალებს ულტრამაღალი სითბოს გაფრქვევის სიმძლავრის მისაღწევად და საიმედოობის გასაუმჯობესებლად.
10. განაწილებული ტალღგამტარი: როგორც ჩიპის დონის შინაგანი თერმული მართვის სქემა, ეს სტრუქტურა ყოფს ქედის ტალღგამტარს აგზნების ზონად და პასიურ სითბოს გაფრქვევის ზონად ღრუს სიგრძის გასწვრივ და აგებს განივი სითბოს არხს ჩიპის შიგნით სითბოს ეფექტურად გასაფანტად, რითაც არღვევს სითბოს გაფრქვევის ტრადიციული მეთოდების შეზღუდვებს.
შეჯამება და მიმოხილვა მიუთითებს, რომ მაღალი სიმძლავრის დიზაინინახევარგამტარული ლაზერიარის მრავალმიზნობრივი ოპტიმიზაციის პრობლემა, რომელიც მოიცავს ელექტროენერგიას, ოპტიკას, თერმოდინამიკასა და საიმედოობას. აუცილებელია საუკეთესო ბალანსის მიღწევა სამ ძირითად დიზაინს შორის: ფართო ემისიის არეალი, გრძელი ღრუ და გაფართოებული ტალღგამტარი, და იმ ტექნოლოგიებს შორის, რომლებიც უმკლავდებიან სამ ძირითად გამოწვევას: თერმული მართვა, ბოლო ზედაპირის დაზიანება და სხივის ხარისხი. მომავალი მუშაობის შემდგომი გაუმჯობესება დამოკიდებული იქნება ახალი მასალების, ახალი ფიზიკური მექანიზმების და ახალი წარმოების პროცესების შემუშავებაზე.