Katastrofal optisk skader

Katastrofale optisk skade, eller katastrofal optisk spejl skader, er et svigt af high-power halvleder lasere. Det sker, når halvlederovergangen overbelastes ved at overskride dens effekttæthed og absorberer for meget af den producerede lysenergi, hvilket fører til smeltning og omkrystallisation af halvledermaterialet ved facetter af laseren. Dette er ofte i daglig tale benævnt "blæser dioden." Det berørte område indeholder et stort antal gitterdefekter negativt påvirker dets ydeevne. Hvis det påvirkede område er tilstrækkeligt stort, kan det være observerbar under optisk mikroskop som mørkfarvning af laser facet, og / eller for tilstedeværelse af revner og riller. Skaden kan opstå inden for en enkelt laser impuls, på mindre end et millisekund. Tiden til COD er ​​omvendt proportional med den effekttæthed.

Katastrofale optisk skader er en af ​​de begrænsende faktorer i at øge ydeevnen af ​​halvleder lasere. Det er den primære svigt for AlGaInP / AlGaAs røde lasere.

Short-bølgelængde lasere er mere modtagelige for COD end lang bølgelængde dem.

De typiske værdier for COD i industrielle produkter spænder mellem 12 og 20 MW / cm.

Årsager og mekanismer

På kanten af ​​en diodelaser, hvor lyset udsendes, er et spejl traditionelt dannet ved spaltning halvlederwaferen til dannelse af en spejlende reflekterende flade. Denne fremgangsmåde lettes af den svage krystallografiske fly i III-V halvleder krystaller i forhold til andre fly. En ridse lavet på kanten af ​​skiven og en let bøjning kraft bevirker en næsten perfekt atomisk spejllignende spaltning plan til at danne og udbrede sig i en lige linje på tværs af skiven.

Men det så sker, at de atomare stater ved spaltningen planet ændres ved opsigelsen af ​​perfekt periodisk gitter på dette plan. Overfladetilstande på spaltede flyet har energi niveauer i båndgab af halvleder.

Den absorberede lys forårsager dannelse af elektron-hul par. Disse kan føre til at bryde kemiske bindinger på krystaloverfladen efterfulgt af oxidation eller frigivelse af varme ved nonradiative rekombination. Den oxiderede overflade viser derefter forøget absorption af laserlys, hvilket yderligere fremskynder dets nedbrydning. Oxidationen er særlig problematisk for halvleder lag indeholdende aluminium.

Væsentlige, som et resultat, når lyset udbreder sig gennem spaltning fly og transit til frirum fra inden for halvleder krystal, er en brøkdel af lysenergien absorberes af overfladen stater, hvor det omdannes til varme ved phonon-elektron interaktioner. Dette opvarmer spaltede spejl. Desuden spejlet kan opvarme simpelthen fordi kanten af ​​diodelaser som er elektrisk pumpes i mindre end perfekt kontakt med mount, der giver en vej for fjernelse af varme. Opvarmningen af ​​spejlet forårsager båndgab af halvleder at skrumpe i de varmere områder. Bandet hul svind bringer flere elektroniske band-til-band overgange på linje med foton energi forårsager endnu mere absorption. Dette er termisk runaway, en form for positiv feedback, og resultatet kan smelte af facet, kendt som katastrofale optisk skade, eller COD.

Forringelse af laser facetter med aldring og effekter af miljøet øger lysabsorption overfladen, og nedsætter COD tærskel. En pludselig katastrofale svigt af laseren på grund af COD så kan opstå efter mange tusinde timer i tjenesten.

Forbedringer

En af de metoder til at øge COD tærsklen i AlGaInP laser strukturer er svovl behandling, som erstatter oxider på laser facet med chalcogenid briller. Dette formindsker rekombination hastigheden af ​​overfladetilstandene.

Reduktion af rekombination hastighed overfladetilstande kan også opnås ved spaltning af krystaller i ultrahøj vakuum og øjeblikkelig afsætning af et egnet passiveringslag.

Et tyndt lag af aluminium kan afsættes over overfladen, for indfange ilt.

En anden fremgangsmåde er doping af overfladen, forøgelse af båndgab og nedsætte absorptionen af ​​strålende bølgelængde, flytte absorptionsmaksimum adskillige nanometer op.

Nuværende fortrængning nær spejlet område kan undgås ved at forebygge at injicere ladningsbærere i nærheden af ​​spejlet regionen. Dette opnås ved at deponere elektroderne væk fra spejlet, mindst flere bærer diffusionsafstande.

Energitæthed på overfladen kan reduceres ved at anvende en bølgeleder udvide den optiske kavitet, så den samme mængde energi ud gennem et større område. Energitæthed på 15-20 MW / cm svarer til 100 mW pr mikrometer af stribebredden nu opnåelige. En bredere laser stribe kan bruges til højere udgangseffekt, for omkostningerne ved transversal modus svingninger og dermed forværring af spektral og rumlig stråle kvalitet.

I 1970'erne, dette problem, som er særligt nettlesome for GaAs-baserede lasere udsender mellem 1 um og 0,630 um bølgelængder, blev identificeret. Michael Ettenberg, en forsker og senere Vice President hos RCA Laboratories 'David Sarnoff Research Center i Princeton, New Jersey, udtænkt en løsning. Et tyndt lag af aluminiumoxid blev aflejret på facet. Hvis aluminiumoxid tykkelse er valgt korrekt, fungerer det som en anti-reflekterende coating, hvilket reducerer refleksioner på overfladen. Dette afhjælpes opvarmning og COD på facet.

Siden da har forskellige andre raffinementer været ansat. En metode er at skabe en såkaldt ikke-absorberende spejl, således at den endelige 10 um eller deromkring, før lyset udsender fra det spaltede facet er gjort ikke-absorberende ved bølgelængden af ​​interesse. Sådanne lasere kaldes vindue lasere.

I de meget tidlige 1990'erne, SDL, Inc. begyndte at levere høj effekt diodelasere med gode pålidelighed egenskaber. CEO Donald Scifres og CTO David Welch præsenterede nye pålidelighed ydeevne data, f.eks SPIE Photonics West konferencer i den æra. De metoder, som SDL at besejre COD blev anset for at være yderst proprietære og stadig ikke blevet offentliggjort som af juni 2006.

I midten af ​​1990'erne annoncerede IBM Research, at det havde udtænkt sin såkaldte "E2 proces", som er tillagt ekstraordinær modstand mod COD i GaAs-baserede lasere. Denne proces, også, er aldrig blevet offentliggjort i juni 2006.

  0   0
Næste artikel Elizabeth Emken

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha