Studio sulla realizzazione di convertitori di potenza laser ultra efficienti: dispositivi multigiunzione basati su SiC

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Studio sulla realizzazione di convertitori di potenza laser ultra efficienti: dispositivi multigiunzione basati su SiC

I wafer SiC possono essere offerti per ricerche sui convertitori di potenza laser, per ulteriori informazioni fare riferimentohttps://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html. Per qualsiasi domanda, contattare il nostro team di venditavictorchan@powerwaywafer.com.

L’attuale tecnologia di trasmissione laser ad alta potenza deve affrontare due limitazioni principali nel migliorare l’efficienza dei ricevitori optoelettronici: perdita di entropia intrinseca associata a materiali a basso gap di banda (come GaAs) e perdita di resistenza in serie che riduce le prestazioni del dispositivo a densità di potenza elevate. La nuova architettura che utilizza materiali ad alto gap di banda e convertitori di potenza laser (LPC) è stata vista come una soluzione alternativa per superare queste limitazioni.

I ricercatori hanno per la prima volta combinato l'uso di materiali con elevato gap di banda e di strutture VEHSA (architettura epitassiale eterostruttura verticale) come due strategie per migliorare la tecnologia di trasmissione laser ad alta potenza. A tal fine, è stata esplorata l'applicabilità dei materiali policristallini SiC 3C, 4H e 6H come materiali di base comunemente utilizzati per le strutture dei convertitori di potenza laser orizzontali (hLPC). Ottimizzata la struttura hlPC con un intervallo di densità di potenza in ingresso di 1-1000 Wcm-2. Tutti i tipi policristallini superano le migliori prestazioni dell'LPC sperimentale attuale e l'efficienza dell'hLPC basato su 3C-SiC è superiore rispetto ad altri tipi policristallini a tutte le densità di potenza in ingresso testate. I risultati indicano che VEHSA offre prestazioni migliori rispetto alla struttura hLPC in tutti gli intervalli di potenza in ingresso, a causa della diminuzione della corrente, che può aumentare l'altezza di questi dispositivi e assorbire fasci più grandi rispetto alla struttura hLPC. Nella struttura hlPC, la lunghezza di diffusione dei portatori di carica è uno dei principali fattori limitanti. Inoltre, aumentando il numero di batterie VEHSA si possono ridurre anche le perdite causate dall’effetto Joule. A densità di potenza laser elevate, VEHSA con 2 batterie è affetto da perdite di resistenza in serie. Rispetto al VEHSA con 4 batterie l'efficienza diminuisce dell'1,6% e del 3,6% a 1000 W cm-2e 3000 Wcm-2, rispettivamente. Tuttavia, a queste densità di potenza laser, l’efficienza del VEHSA con 2 batterie è rispettivamente superiore del 5% e dell’11,3% rispetto a quella dell’hLPC. A 3000 W cm cm-2, l'efficienza del VEHSA con 4 batterie è dell'87,4%.

Fig. 1 Relazione tra efficienza e temperatura di tre materiali del politipo SiC hlPC ottimizzati in condizioni di 1000 W cm-2

Fig. 1 Relazione tra efficienza e temperatura di tre materiali del politipo SiC hLPC ottimizzati sotto 1000 W cm-2condizione

Fig. 2 Relazione tra efficienza e densità di potenza in ingresso (Pin) di dispositivi basati su SiC 3C che utilizzano architettura hLPC e VEHSA con 2, 3 e 4 batterie

Fig. 2 Relazione tra efficienza e densità di potenza in ingresso (Pin) di dispositivi basati su 3C-SiC che utilizzano architettura hLPC e VEHSA con 2, 3 e 4 batterie. Ciò include il dispositivo sperimentale GaAs VEHSA-5 con le migliori prestazioni.

Vale la pena notare che la futura adozione della tecnologia di trasmissione laser ad alta potenza potrebbe dover affrontare sfide, come la necessità di una linea retta dalla sorgente laser al bersaglio (a meno che non si utilizzino fibre ottiche), l'elevata attenuazione della potenza laser che può esistere nei media come l'aria (inferiore al tradizionale LPC a base di arseniuro di gallio in SiC) e l'impatto dell'uso di laser ad alta potenza che lavorano in ambienti di luce visibile sulla sicurezza degli occhi (che può essere risolto attraverso lo spegnimento automatico del laser personalizzato e sistemi automatici di riduzione della potenza).

Sebbene le prestazioni del vero LPC basato su SiC possano essere influenzate da problemi di produzione, i risultati visualizzati indicano che la combinazione dell'architettura 3C-SiC e VEHSA è un supplemento vantaggioso, aprendo un percorso promettente per la trasmissione efficiente di densità di potenza laser ultraelevata . La tecnologia proposta ha creato un nuovo cambio di paradigma in grado di trasmettere una densità di potenza fino a kilowatt per centimetro quadrato su lunghe distanze attraverso mezzi come l’atmosfera terrestre (che fornisce energia per droni aerei, sensori remoti e robot), acqua (per veicoli autonomi sottomarini ) o nello spazio (per rover e satelliti).

powerwaywafer

Per ulteriori informazioni potete contattarci via e-mail all'indirizzovictorchan@powerwaywafer.com e powerwaymaterial@gmail.com.

2024-05-08

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