半導体フォトニクスのヒエラルキーでは マルチモードレーザーダイオード は、生のエネルギー密度の最高峰である。シングルモードエミッターは、そのスペクトル純度と回折限界の焦点で評価される光学界の外科医である一方、シングルモードエミッターは、そのスペクトル純度と回折限界の焦点で評価される光学界の外科医である。マルチモードレーザーダイオード は、産業加工、医療美容、固体レーザー励起用に大光束を供給するように設計されたパワーハウスである。しかし、ミリワットレベルのシングルモードデバイスからマルチワットレベルのシングルモードデバイスへの移行は、レーザーの性能に大きな影響を与える。 高出力レーザーダイオード システムは単なるスケーリングの練習ではなく、キャリアダイナミクス、導波路物理学、熱管理における根本的な転換を伴う。.

OEMエンジニアやシステムインテグレーターにとって、「ブロードエリアエミッター」（BAE）アーキテクチャを理解することは非常に重要です。シングルモードダイオードの狭い2-3 $mu$mリッジとは異なり マルチモードレーザーダイオード は、50 $mu$mから200 $mu$mを超える活性領域幅を特徴とする。この開口部の増加により、ファセットでの光パワー密度が減少し、半導体材料の物理的限界に遭遇する前に、デバイスをはるかに大電流まで駆動することが可能になる。しかし、この幅は、複数の横モードが共存・競合する複雑なモードランドスケープを導入し、ビームの空間プロファイルとシステムの最終的な明るさを定義する。.

マルチモードレーザーにおける横モードダイナミクスとフィラメント形成

の特徴である。 マルチモードレーザー は、高次の横モードをサポートする能力である。広域の 高出力レーザーダイオード, 導波路の横方向の寸法は、放出される光の波長の何倍にもなる。その結果、光場は単純なガウススポットではなく、多くのモードの重ね合わせとなる。その結果、“スロー軸”（接合部に平行な軸）を横切る強度分布は、一般的にトップハット型または “キャメルバック ”型となる。.

のエンジニアリングにおける重要な課題である。 マルチモード レーザーダイオード は “フィラメント化 ”である。入射電流が増加するにつれて、キャリア密度と温度の局所的な変動が屈折率の変化につながる-カー効果や熱レンズ効果として知られる現象である。このような変化は、ブロードなビームを高強度の “フィラメント ”に分解する原因となる。フィラメント化は、ビーム品質（$M^2$ファクター）を劣化させ、出力ファセット上に局所的なホットスポットを発生させ、致命的な光学的損傷（COD）のリスクを著しく増大させるという2つの理由で有害です。.

これを軽減するために、ハイエンドメーカーは “横方向指数工学 ”に重点を置いている。ドーピング・プロファイルとリッジ形状を精密に制御することで、横方向のモードを安定させ、フィラメント化を最小限に抑えることができる。購入者にとっては、“ニアフィールド ”の均一性が 高出力レーザーダイオード は、チップ内部の品質を示す主要な指標である。均一でないニアフィールド・プロファイルはキャリアの分布不良を示唆し、これは必然的に早期老朽化と集積システムにおける予測不可能なビームポインティングにつながります。.

熱流束と$R_{th}$ボトルネック

ある マルチモードレーザーダイオード, 熱管理は、信頼できるツールと故障したコンポーネントの境界線である。典型的な 高出力レーザーダイオード は、50%から60%のウォールプラグ効率（WPE）で動作する可能性がある。これはレーザーとしては高いが、10ワットの光が発生するごとに、8～10ワット近くが砂粒よりも小さな体積の中で熱に変換されることを意味する。.

パッケージの熱抵抗（$R_{th}$）は、OEMの信頼性にとって最も重要な仕様です。熱はInGaNまたはAlGaAs量子井戸からクラッド層、はんだ界面（通常は金-錫）を通り、最後にサブマウント（Cマウント、Fマウント、またはCOS）に伝わらなければなりません。$R_{th}$が、はんだ中の微細なボイドやサブマウント材料の不良により、設計仕様より少しでも高くなると、接合部温度（$T_j$）は急上昇します。.

$T_j$の上昇は、波長の「レッドシフト」（通常0.3nm/℃）とスロープ効率の低下を引き起こす。さらに危険なことに、結晶欠陥の活性領域への移動が加速される。を評価する場合 マルチモードレーザーダイオード 高信頼性アプリケーションの場合、「サーマル・ロールオーバー」ポイント（熱による電力増加が停止する電流）は、意図された動作電流よりも大幅に高くなければなりません。これにより、長期安定性に必要な「サーマルヘッドルーム」が得られる。.

明るさの論理：エミッターからファイバーまで

産業や医療分野では、パワーは明るさの二の次になることが多い。明るさは、単位面積および単位立体角あたりのパワーの尺度である。以下の場合 マルチモードレーザーダイオード, 輝度は “Fast Axis ”と “Slow Axis ”の非対称性によって制限される。高速軸（接合部に垂直）は回折限界で急速に発散し、低速軸（接合部に平行）は高度にマルチモードでゆっくりと発散する。.

統合する マルチモードレーザーダイオード ファイバー結合システムには “輝度保存 ”が必要です。ファイバーレーザーを励起したり、医療用プローブを通してエネルギーを供給したりするには、特定の開口数（NA）を持つ小さなファイバーコアに光を集光する必要があります。もし 高出力レーザーダイオード の低速軸$M^2$が悪い場合、パワーの多くは、ファイバーコアに入るのに十分なほど強く集束できないため、「失われる」ことになる。.

ここで「コンポーネント対システムコスト」の論理が明らかになる。より安い マルチモードレーザーダイオード は、10Wの生パワーを提供するかもしれないが、100$の広いエミッターとビーム品質が悪い。これを105$のファイバーに接続するには、高価なマイクロオプティクスとアクティブアライメントが必要になります。逆に、50$のエミッタを持つ高輝度ダイオードは、コンポーネント・レベルではより高価かもしれませんが、よりシンプルな光学系と高いカップリング効率を可能にし、最終的にエンドユーザーにとっての「ブライトワットあたりのコスト」を削減します。.

材料科学とファセット不動態化（COD防止）

究極の故障モード 高出力レーザーダイオード は破局的光学損傷（COD）である。CODは、ファセットでの光パワー密度が局所的な吸収を引き起こすのに十分高いときに発生し、それが加熱を引き起こし、バンドギャップを縮小させ、さらに吸収を引き起こす。この正帰還ループはナノ秒単位で起こり、結晶ファセットを融解させる。.

モダン マルチモードレーザー は、「非吸収ミラー」（NAM）または特殊なファセット・パッシベーション技術を採用している。活性領域よりも広いバンドギャップを持つ層をファセットに形成することで、メーカーは光が表面で吸収されないようにすることができる。さらに、E2パッシベーションや同様の独自コーティングを使用することで、AlGaAsやInGaNを酸化から保護することができる。OEMにとって、COD閾値はシステムの安全マージンである。CODしきい値が25Wの10W定格ダイオードは、CODしきい値が15Wのものよりも、特に電流スパイクが一般的なパルスモードアプリケーションでは、限りなく信頼性が高い。.

技術性能データ：広域エミッターアーキテクチャの比較

以下の表は、標準的な マルチモードレーザーダイオード エミッタ幅、パワー、ビーム品質のトレードオフを示す。.

ケーススタディ2kWファイバーレーザーシステムの高効率励起

クライアントの背景

シートメタルの切断に使用される高出力ファイバーレーザーのメーカーが、より信頼性の高い976nmを必要としていた。 高出力レーザーダイオード ソース彼らの以前のサプライチェーンは、「波長ドリフト」と頻繁なモジュール不良に悩まされており、その原因はダイオードモジュールの熱ボンディングが一貫していないことにあった。.

技術的課題

• スペクトルロック： 976nmはイッテルビウム添加ファイバーの狭い吸収ピークである。の2nmのドリフトでさえも マルチモードレーザー は、40%のポンプ効率の低下を引き起こす。.
• 環境ストレス： 裁断機は、振動の激しい非気候制御の工場フロアで稼働する。.
• 密度だ： クライアントは、200Wのポンプパワーをコンパクトな冷却プレートに収める必要があった。.

技術パラメーター設定

• エミッタータイプ： 100$ マルチモードレーザーダイオード オンCOS（チップ・オン・サブマウント）。.
• 動作電流： 976nmで12.5A。.
• スペクトル制御： 一体型VBG（体積ブラッググレーティング）により、20℃の範囲で±0.5nm以内に波長を固定。.
• ボンディング： $R_{th}$を最小化し、はんだの “クリープ ”を排除するために、AlN（窒化アルミニウム）サブマウント上のハードはんだ（AuSn）。”
• バーンイン： ダイオードの100%を45℃で168時間の加速エージング試験にかける。.

品質管理（QC）プロトコル

QCの焦点は “スロープ効率の一貫性 ”であった。スロープ効率（$W/A$）がバッチ間で3%以上のばらつきがある場合、エピタキシャル層の品質にばらつきがあることを示した。さらに、“Near-Field Intensity Mapping ”を実施し、VBGやファイバー結合光学系を損傷する可能性のある “Hot Filaments ”が存在しないことを確認した。.

結論

VBGロックに切り替えることで マルチモードレーザーダイオード $R_{th}$サブマウントの低いアーキテクチャにより、このクライアントは “Set-and-Forget ”ポンプソースを実現した。スペクトルドリフトを補正するためにダイオードをオーバードライブする必要がなくなったため、システム全体の効率は15%向上した。さらに重要なことは、2kWシステムのフィールド故障率が年間2.4%から0.1%未満に低下したことである。この移行により、2kWシステムの真のコストは 高出力レーザーダイオード は、ワットあたりのドルではなく、システムの稼働時間とメンテナンスフリーのオペレーションで測られる。.

戦略的ソーシングOEM評価チェックリスト

評価 マルチモードレーザーダイオード 統合という重要な局面において、エンジニアはデータシートの1ページ目を見るだけではありません。以下のエンジニアリング・メトリクスは、コンポーネントの完全性をより深く洞察します：

1. P-Iカーブの直線性： 電力-電流曲線は定格動作電流の1.5倍まで直線的か？カーブに “ねじれ ”があれば、モードホッピングまたは熱的不安定性を示す。.
2. スペクトル幅（FWHM）： について マルチモードレーザー, スペクトル幅が狭い（通常<3nm）ほど、組成の変動が少なく、結晶格子が高品質であることを示す。.
3. ファスト・アクシス・ダイバージェンス（FAD）： FADは常に高いが、より低いFAD（例えば、40°に対して35°未満）であれば、コリメーション光学系は大幅に安価で効率的になる。.
4. $dV/dI$ 差動抵抗： 高い内部抵抗はオーミック接触不良の兆候であり、過剰なジュール発熱とWPEの低下につながる。.

で レーザーダイオード-LD.com, その焦点は、光子の「総合効率」にある。エピタキシャル成長を最適化して内部損失を低減し、高度なサブマウントエンジニアリングによって熱流束を最大化することで、以下のものを提供することを目標としています。 マルチモードレーザーダイオード 産業と医療の進歩のための強力なエンジンとして機能する。.

よくある質問マルチモード・システムの先進エンジニアリング

Q1: マルチモードレーザーダイオードでは、なぜ「低速軸」の発散が「高速軸」よりも小さいのですか？

A: 回折の物理学によるものです。速い軸は1$mu$mの開口部から来るので、光子の運動量に適用されるハイゼンベルグの不確定性原理により、30°～40°で発散します。低速軸は100$fmの開口部から得られるため、マルチモードであるにもかかわらず、「幾何学的」発散角ははるかに低く、通常8°～10°である。.

Q2: 高出力レーザダイオードを高周波で変調できますか？

A: マルチモードレーザーダイオードは数メガヘルツで変調できますが、接合容量が大きいため、（電気通信のような）ギガヘルツの速度は不可能です。LIDARや医療美容のようなパルス・アプリケーションでは、ナノ秒のパルス幅を簡単に扱うことができます。.

Q3: 「スマイル」効果はマルチモードレーザーバーにどのような影響を与えますか？

A: “スマイル ”とは、はんだ付け工程におけるレーザーバーの微小なお辞儀のことです。バーが1$以上の “スマイル ”を持つと、すべてのエミッターの高速軸を同時にコリメートすることが不可能になり、輝度とファイバー結合効率が著しく低下します。.

Q4: 976nmのダイオードは、915nmのダイオードよりもファイバー・ポンピングに有利ですか？

A: 976nmはイッテルビウムのより高い吸収ピークと一致し、より短いアクティブファイバーと高い非線形しきい値を可能にします。しかし、ピークが非常に狭いため、より安定したマルチモード・レーザー・ダイオードが必要になります。.