Für die Forschung an Laserleistungskonvertern können SiC-Wafer angeboten werden. Weitere Informationen finden Sie unterhttps://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html. Bei Fragen wenden Sie sich bitte an unser Vertriebsteamvictorchan@powerwaywafer.com.

Bei der Verbesserung der Effizienz optoelektronischer Empfänger stößt die derzeitige Hochleistungslaserübertragungstechnologie auf zwei wesentliche Einschränkungen: den inhärenten Entropieverlust, der mit Materialien mit geringer Bandlücke (wie GaAs) verbunden ist, und einen Serienwiderstandsverlust, der die Geräteleistung bei hohen Leistungsdichten verringert. Die neue Architektur mit Materialien mit großer Bandlücke und Laserleistungskonvertern (LPCs) wurde als alternative Lösung zur Überwindung dieser Einschränkungen angesehen.

Forscher haben zum ersten Mal die Verwendung von Materialien mit großer Bandlücke und Strukturen der vertikalen epitaktischen Heterostrukturarchitektur (VEHSA) als zwei Strategien zur Verbesserung der Hochleistungslaserübertragungstechnologie kombiniert. Zu diesem Zweck wurde die Anwendbarkeit von polykristallinen 3C-, 4H- und 6H-SiC-Materialien als häufig verwendete Grundmaterialien für horizontale Laserleistungskonverterstrukturen (hLPC) untersucht. Die hLPC-Struktur wurde mit einem Eingangsleistungsdichtebereich von 1–1000 Wcm optimiert^-2. Alle polykristallinen Typen übertreffen die beste Leistung des aktuellen experimentellen LPC, und die Effizienz von hLPC auf Basis von 3C-SiC ist bei allen getesteten Eingangsleistungsdichten höher als bei anderen polykristallinen Typen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass VEHSA in allen Eingangsleistungsbereichen eine bessere Leistung erbringt als die hLPC-Struktur, da der Strom abnimmt, was die Höhe dieser Geräte erhöhen und größere Strahlen absorbieren kann als die hLPC-Struktur. In der hLPC-Struktur ist die Diffusionslänge der Ladungsträger einer der wichtigsten limitierenden Faktoren. Darüber hinaus können durch die Erhöhung der Anzahl der VEHSA-Batterien auch die durch den Joule-Effekt verursachten Verluste verringert werden. Bei hohen Laserleistungsdichten kommt es bei VEHSA mit 2 Batterien zu Serienwiderstandsverlusten. Im Vergleich zu VEHSA mit 4 Batterien sinkt der Wirkungsgrad um 1,6 % und bei 1000 W cm um 3,6 %^-2und 3000 W cm^-2, jeweils. Allerdings ist bei diesen Laserleistungsdichten die Effizienz von VEHSA mit 2 Batterien um 5 % bzw. 11,3 % höher als die von hLPC. Bei 3000 W cm cm^-2Der Wirkungsgrad von VEHSA mit 4 Batterien beträgt 87,4 %.

Abb. 1 Zusammenhang zwischen Effizienz und Temperatur von drei hLPC-SiC-Polytypenmaterialien, optimiert unter 1000 W cm^-2Zustand

Abb. 2 Zusammenhang zwischen Effizienz und Eingangsleistungsdichte (Pin) von 3C-SiC-basierten Geräten mit hLPC-Architektur und VEHSA mit 2, 3 und 4 Batterien. Hierzu gehört auch das GaAs-Versuchsgerät VEHSA-5 mit der besten Leistung.

Es ist erwähnenswert, dass die zukünftige Einführung der Hochleistungslaserübertragungstechnologie mit Herausforderungen verbunden sein kann, wie z. B. der Notwendigkeit einer geraden Linie von der Laserquelle zum Ziel (sofern keine Glasfaser verwendet wird) und einer hohen Laserleistungsdämpfung, die in Medien auftreten kann B. Luft (geringer als herkömmliche LPC auf Galliumarsenidbasis in SiC) und die Auswirkungen der Verwendung von Hochleistungslasern in Umgebungen mit sichtbarem Licht auf die Augensicherheit (die durch maßgeschneiderte automatische Laserabschaltung und automatische Leistungsreduzierungssysteme behoben werden können).

Obwohl die Leistung von echtem LPC auf SiC-Basis durch Herstellungsprobleme beeinträchtigt werden kann, deuten die angezeigten Ergebnisse darauf hin, dass die Kombination von 3C-SiC und VEHSA-Architektur eine vorteilhafte Ergänzung darstellt und einen vielversprechenden Weg für die effiziente Übertragung ultrahoher Laserleistungsdichte eröffnet . Die vorgeschlagene Technologie hat einen neuen Paradigmenwechsel bewirkt, der eine Leistungsdichte von bis zu Kilowatt pro Quadratzentimeter über große Entfernungen über Medien wie die Bodenatmosphäre (zur Stromversorgung von Flugdrohnen, Fernsensoren und Robotern) und Wasser (für autonome Unterwasserfahrzeuge) übertragen kann ) oder Weltraum (für Rover und Satelliten).

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