3.1. Chế tạo mô đun laser bán dẫn 4W
3.1.1. Tổng quan về công nghệ chế tạo mô đun laser bán dẫn công suất cao
Hiện nay, việc chế tạo laser bán dẫn công suất cao đang đi theo hai hướng chủ yếu gồm: (i) Chế tạo mô đun laser bán dẫn từ thanh laser bán dẫn công suất cao [1] và chế tạo mô đun laser bán dẫn từ chíp đơn [11].
• Chế tạo mơ đun laser bán dẫn từ chíp đơn:
Mô đun laser bán dẫn công suất cao được chế tạo từ chíp đơn gồm các linh kiện cơ bản là chíp laser bán dẫn và đế tỏa nhiệt (hình 3.1).
Hình 3. 1: Cấu trúc mơ đun laser bán dẫn được chế tạo từ chíp đơn
Chíp laser bán dẫn được gắn lên một đế phụ (sub-mount). Đế này lại tiếp tục
được gắn lên một đế tỏa nhiệt (heat sink). Trong quá trình hoạt động, chíp laser tỏa
ra nhiệt lượng lớn. Vì nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến công suất bức xạ cũng như bước sóng và chất lượng chùm tia nên người ta ln tìm cách giảm thiểu ảnh hưởng này.
Để đảm bảo q trình truyền nhiệt từ chíp laser ra mơi trường xung quanh, người ta
phủ một lớp keo dẫn nhiệt chuyên dụng như hợp chất Indium lên bề mặt tiếp xúc giữa chíp laser và các đế.
Để kiểm sốt nhiệt độ trong q trình laser làm việc, người ta cịn bố trí thêm
sensor nhiệt, photodiode giám sát và TEC. Ngồi ra, việc gắn chíp laser phải đảm
bảo bề mặt phát xạ được tích hợp quang tối ưu với sợi quang lối ra.
Ưu điểm của phương pháp này là công nghệ chế tạo đơn giản hơn so với công
đảm bảo chất lượng chùm tia nhưng điểm hạn chế lớn nhất của phương pháp này là
cơng suất quang lối ra khơng cao.
• Chế tạo mô đun laser bán dẫn từ laser thanh:
Một trong những ưu điểm của phương pháp chế tạo mô đun laser bán dẫn từ laser thanh là ở chỗ chúng có thể cho cơng suất phát xạ cao dựa trên việc tích hợp các chùm laser bán dẫn của các đầu phát laser (hình 3.2).
Hình 3. 2: Cấu trúc mô đun laser bán dẫn được chế tạo từ thanh laser
Các hệ laser thanh hiện nay thường được làm mát bằng nước, sử dụng các vi kênh MCC (Micro-Channel Coolers). Các hệ này cho phép cơng suất lối ra có thể
đạt 120 W với tuổi thọ trên 30000 giờ.
Thanh laser bán dẫn được gắn trên một đế. Đế này vừa có vai trị là tấm giữ cố định thanh laser vừa có vai trị là một cực của mô đun lại vừa có vai trị là đế tỏa nhiệt. Để đạt cơng suất lối ra cao hơn, người ta có thể tích hợp nhiều khối laser
thanh với nhau [15].
Ưu điểm của phương pháp này là công suất quang lối ra của thanh laser khá
cao. Tuy nhiên, nó địi hỏi phải sử dụng hệ thống quang học phức tạp để chuẩn trực chùm tia lối ra. Ngoài ra, phương pháp này còn đòi hỏi phải sử dụng đế tỏa nhiệt có hiệu suất cao.
Trong khn khổ của luận văn, chúng tôi chỉ tập trung vào công nghệ chế tạo mơ đun laser bán dẫn từ chíp đơn.