Thermal management in high-power laser diodes by waveguide design

Yarıiletken lazer diyotlar (LD'ler) yüksek verimlilikleriyle tanınır ancak performansları yüksek çalışma akımları ve güçlerinde ısıyı yönetme zorluğu nedeniyle tehlikeye girer. LD'lerin yoğun ısı yükleri sıcaklıklarının kritik seviyelere ulaşmasına yol açarak yıkıcı optik hasar (COD) ile cihaz ölümüne yol açabilir. COD'nin kök nedenini anlamak, güvenilirliklerini artırmak ve çalışma çıkış gücünü geliştirmek için büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışması LD'lerin ısınma mekanizmalarını araştırarak ısıl iyileştirme için yeni dalga kılavuzu tasarımları sunmaktadır. Öncelikle, deneyler ve üç boyutlu ısı transferi simülasyon modeli aracılığıyla dalga kılavuzu genişliğinin COD üzerindeki etkisini araştırdık. Bulgularımız, geniş ve dar dalga kılavuzu yapılarına sahip LD'lerin ısı dağılımları arasında belirgin farklar ortaya koydu. Sonrasında, dalga kılavuzunda elektriksel olarak izole edilmiş bölümler kullanan iki farklı türde yüksek güçlü LD tasarladık ve ürettik. İlk tasarımda iki bölümlü dalga kılavuz yapısı üzerine çalıştık. Bu tasarımda çıkış yüzeyine yakın bir bölümün düşük akımda çalışmasıyla saydamlığı sağlanarak lazer bölümünün ısınması lazer çıkış yüzeyinden uzaklaştırıldı. Bu sayede lazer sıcaklıklarından daha düşük seviyede lazer çıkış yüzeyi sıcaklıkları elde ederek yıkıcı optik ayna hasarı (COMD) ortadan kaldırdı. İkinci olarak dağıtılmış dalga kılavuzu (DWG) tasarımı sunuldu. Bu yaklaşımda, lazer bölümleri arasında pasif saydam bölümler oluşturularak ısı dağılımı alanını artırmak amaçlandı. Gösterildiği gibi ısı dalga kılavuzu boyunca dağıtılarak LD sıcaklığı başarıyla azaltıldı. Bu bulgular, ömür ve güvenilirlik açısından önemli ölçüde geliştirilmiş LD cihazları elde etmek ve ısıl yükü yönetmek konusunda rehber niteliği taşımaktadır.