用于大功率半导体激光器的新型焊料

在大功率半导体激光器列阵及叠阵的组装中,焊料的选择是极其关键的,因为焊料直接参与对激光器的导电、导热激光器所需的电流全部从焊料通过,而半导体激光器列阵或叠阵工作时电流是很大的,可达50A～100A。同时半导体激光器工作时产生的热量非常大,如焊料的导热性不好,由于电流的热效应,就会在焊料上产生巨大的热量,使焊料熔化。文中研制了一种新型的焊料,这种焊料在两层铟之间蒸镀几层金,焊料由钨/镍/金/铟/铜等多层金属构成。利用这种焊料研制出脉冲功率达100W的半导体激光器列阵。     

808nm连续波2000W半导体激光器垂直叠阵

为了全面提高大功率半导体激光器的性能和功率,采用双面散热技术,优化了大功率半导体激光器垂直叠阵和单bar器件的热管理和热设计,使得808nm单bar半导体激光器在连续波工作模式下的功率达到100W;808nm 20bar垂直叠阵功率达到2000 W.对微通道液体制冷大功率半导体激光器叠阵和单bar半导体激光器器件的LI...     

大功率半导体激光光源光束整形技术研究

光束质量是半导体激光器应用的最大瓶颈,但是可以利用光束整形技术加以改善。随着半导体激光合束技术的发展,半导体激光光束质量的提高,由于其在效率方面的优势,大功率半导体激光技术得到迅速发展。采用连续输出60 W,转换效率达到57%的880 nm大功率半导体激光bar条,组成20层的半导体激光叠阵,输出功率达到1183 W,通过快慢轴准直及光束整形提高激光器的光束质量,最终实现1 kW功率输出,电-光转换效率超过45.8%,光束质量达到79.3 mm.mrad×81.2 mm.mrad。从而使半导体激光器可直接应用于熔覆、表面硬化等领域。     

半导体激光器

中国科学院长春光机所吉林省半导体激光工程技术研究中心主要从事半导体激光器的研究、开发及生产。中心的半导体激光产品主要有半导体激光单管、CS封装半导体激光列阵、半导体激光叠阵、半导体激光线阵、光纤耦合半导体激光器模块等。中心的激光产品功率高、寿命长、波长全、样式多,在国内外用户中享有良好的声誉。     

国内大功率半导体激光器研究及应用现状

近年来,国内外在大功率半导体激光器方面的研究均取得了很大的进展。其中,大功率半导体激光器列阵的研究和应用成为最大的亮点,如超高电光转换效率、高亮度和高可靠性等主要光电特性均实现了巨大的突破。针对国内大功率半导体激光器主要研究内容和关键技术进行了总结,在外延片结构中广泛采用应变量子阱结构、无铝有源区宽波导大光腔结构及非对称波导结构来提高端面光学灾变损伤光功率密度,还从腔面光学膜、器件封装、器件可靠性、光束整形与耦合以及器件应用等几个方面给予介绍。     

楔形光纤排与半导体激光器耦合技术研究

首先从半导体激光器列阵的发光特性出发,利用楔形光纤排对大功率半导体激光器列阵光束进行耦合,最后得到一只含有19个纤芯,每个纤芯为200μm,数值孔径为0.12的大功率半导体激光器光纤耦合模块,输出功率为32.48W, 耦合效率为81.2%.     

半导体致冷器在大功率激光器中的应用

论述了当前通信产品存在的热设计问题,介绍了通信设备中常见的散热方式、半导体致冷器的工作原理及特点.提出了大功率激光器基于半导体致冷器的散热方式,通过实验验证了半导体致冷器在大功率激光器散热中的效果.     

我国无铝量子阱大功率激光器列阵研究达国际先进水平

由中科院长春光机所微机械与集成光学研究室承担的“无铝量子阱大功率激光器列阵研究”项目最近通过了有关方面的鉴定。该高功率半导体激光器列阵的各项性能指标已达国际先进水平。半导体激光器的应用覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术。长春光机所在半导体激光器的研制工作方面积累了良好的工作基础。１９９８年，在吉林省科技厅的资助下，深入开展了无铝量子阱大功率激光器列阵的研制工作，先后承担了“８０８nm半导体量子阱大功率激光器列阵器件”和“高功率半导体激光器（LD）列阵”研究课题。经过科技人员的艰…     

基于808nm半导体激光器单管合束技术的光纤耦合模块

由于单管半导体激光器比半导体激光线阵、叠阵具有更好的光束质量及散热特性,因此更适用于光电干扰光源。针对于电荷耦合器件(CCD)光谱响应曲线特征,采用808nm单管半导体激光器为光源,将24只单管半导体激光器分组集成,通过空间合束和偏振合束以提高其输出功率密度,采用自行设计的光学系统对光束进行扩束聚焦,耦合进芯径为300μm,数值孔径0.22的光纤中,所有激光器都采用串联方式,在8.5A电流下通过光纤输出功率为162W,耦合效率达到84%。     

西安炬光科技推出准连续宏通道硬焊料高功率面阵

2010年9月,西安炬光科技有限公司发布了宏通道水冷准连续垂直叠阵半导体激光器系列。 宏通道水冷垂直叠阵系列产品由炬光科技自主研发的宏通道半导体激光器MaCC单阵列组装而成,单叠阵垂直方向阵列数量可达2-40个,水平方向的叠阵数量为1～10个,构成面阵,输出功率最高可达到100kW．电光转换效率〉50％。     

列阵半导体激光器中热相互作用及改进技术的研究

从半导体激光器产生的热量在热沉中的扩散入手 ,对列阵单元器件间的热相互作用进行了分析 ,提出了该过程是通过热流的扩散而发生作用的观点。通过这一分析获得了确定列阵器件中单元器件间距的理论依据。对二维列阵中上、下层器件的热相互影响以及脉冲工作的占空比进行了讨论 ,并将结果应用到 1.55μm半导体激光列阵器件中。采用漏光波导结构的单元器件 ,实现了二维 2× 2 ,2× 4两种列阵 ,其脉冲输出峰值功率分别达到 7W和 11W。     

Power conversion efficiency of semiconductor injection lasers and laser arrays in CW operation

In many applications it is important to optimize the power conversion efficiency of semiconductor lasers and laser arrays. A method for calculating this efficiency which takes into account temperature effects is described, and some calculated results are presented and discussed. It is found that under certain conditions, a small increase in the thermal resistance of the device can result in a large reduction of its efficiency. Temperature effects are important in high-power semiconductor lasers, and in particular in laser arrays, where low thermal resistance heat sinking may be crucial to the device operation.     

复合型微通道热沉设计与制作技术研究

从大功率半导体激光器可靠性封装和应用考虑,利用商用有限元软件Abaqus与CFdesign对微通道热沉材料、结构进行优化设计,结合相应的制造工艺流程制备实用化复合型微通道热沉。微通道热沉尺寸为27 mm×10.8 mm×1.5 mm,并利用大功率半导体激光阵列器件对所制备热沉进行散热能力、封装产生的"微笑效应"进行了测试,复合微通道热沉热阻约0.3 K/W,"微笑"值远小于无氧铜微通道封装线阵列,可以控制在1μm以下。复合型微通道热沉能满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求与硬焊料封装的可靠性要求。     

基于AlN膜钝化层的高功率垂直腔面发射激光器

高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)内部的自生热是影响器件功能的重要因素,为改善器件的散热性能,采用AlN膜做钝化层研制了基于AlN膜钝化层的980 nm高功率VCSEL器件。对高功率VCSEL进行模拟仿真与理论分析表明,采用AlN膜钝化层可以改善器件内部的温度分布,降低器件的热阻,提高器件的散热能力;采用相同的外延片与工艺实验制备了出光孔径同为200μm的AlN膜钝化层和传统的SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件;对两种不同的钝化层的器件性能进行了实验对比测试,结果表明AlN膜钝化层的高功率VCSEL器件室温下的最大输出功率可达470 mW,比同温度下SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件的最大输出功率高140 mW。AlN膜钝化层的高功率VCSEL在外界温度80℃时,仍能正常激射,具有良好的温度适应性与光电性能。     

高稳定度光纤耦合半导体激光器恒流源电路设计

光纤耦合半导体激光器多用作高功率光纤激光器的泵浦源,它对电流波动十分敏感,为了确保其波长与输出功率的正常,设计了一款高稳定度恒流源电路。此恒流源电路采用闭环反馈控制,使MOS管工作在放大区来输出恒定电流,采用带有透孔的厚膜电阻作为采样电阻,其耐压高、阻值范围宽、散热能力强,大大提高了恒流源电路的稳定性,电路实现0~20 A电流可调。鉴于一般恒流源电路启闭时间较长,此电路在运放与MOS管之间加入晶体管来放大信号,缩短电路启闭时间,同时在设计中增加模拟开关电路来精确控制信号。经实验测试,此恒流源电路开启、关闭耗时较短,分别是4.5 ms与6.5 ms,恒流板结构散热能力较强且稳定,耐高温性好,电流稳定度较高,达到10-3量级,使用此电路设计的电源作为光纤耦合半导体激光器的激光电源时,激光器的中心波长与输出功率均较为稳定。     

全金属化耦合封装的大功率半导体激光器模块

大功率半导体激光器模块对耦合封装工艺要求较高,耦合封装工艺直接影响模块的可靠性。采用金属化楔形微透镜光纤与大功率半导体激光器对准耦合,耦合效率达到87%;采用激光焊接定位的方式对大功率半导体激光器与楔形微透镜光纤进行耦合固定,实现了大功率半导体激光器模块的全金属化封装。通过环境考核试验证明,模块储存温度达到-60～120℃,能够满足许多特殊环境对半导体激光器模块的要求。     

高功率二极管泵浦固体激光技术和应用前景的分析

文章对高功率二极管泵浦固体激光器的若干关键技术，包括激光二极管和增益介质，泵浦，耦合和冷却技术，以及光学谐振腔等作了详细的分析。     

半导体激光器列阵的电导数及其可靠性

在研究半导体激光器电导数与可靠性的基础上,设计了单管激光器并联实验系统,利用单管激光器并联模拟列阵的方法研究了激光器列阵的可靠性在其电导数曲线和参数上的体现,该实验结果为利用电导数参数作为列阵可靠性判据提供了参考.     

日本半导体光电子器件研究与开发的新进展

根据对日本九所研究所和大学的实地考察,综述了这些研究机构在光电子器件方面的研究和开发进展,这些光电器件主要包括多波长光源和滤长可选择光源、电吸收调制器与分布反馈激光器的集成、泵浦用大功率激光器、大功率ＧａＮ激光器和平面光波回路等。同时,介绍了日本半导体光电产业的发展现状和趋势。