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大功率半导体激光器的关健技术

作者:admin 来源: 日期:2016/9/11 17:50:59

大功率半导体激光器的关健技术。大功率半导体激光器关键技术主要包括半导体激光芯片的外延生长技术、半导体激光芯片的封装与光学准直、激光光束的整形技术及激光器的集成技术。


山东彩票    a.半导体激光芯片的外延生长技术。外延芯片结构的研究和设计对大功率半导体激光器的发展起到至关重要的作用,因此也是大功率半导体激光器技术中研究的重点内容。近期的研究成果主要体现在,无铝有源区的采用有效地提高了激光芯片端面的光学灾变损伤光功率密度,使激光器件的输出功率和使用寿命得到了显着提高;采用应变最子阱结构,有效地提高了大功率半导体激光器的光电性能,扩展了GaAs基材料系的发射波长范围,降低了器件的阔值电流密度。利用宽波导的大光学腔结构设计方法增加了近场模式下的光束尺寸,从而减小了器件的输出激光功率密度,增大了激光器的泵浦和输出功率,同时也延长器件的使用寿命。如今商品化半导体激光芯片的电光转换效率率已达60%,实验室中器件的电光转换效率已达到70%以上。


   b.半导体激光芯片的封装和光学准直。大功率半导体激光器发光面积小、输出功率高,其工作时产生的热盆过于集中,这对芯片的封装结构和工艺提出了更高的要求,使半导体激光芯片的冷却和封装成为大功率半导体激光器制造过程中的重要环节和关键技术。目前,国际上实现大功率半导体激光器阵列封装的技术主要有铜热沉法、主动冷却与硬钎焊等。半导体激光器的一个重要的缺陷是其光束的发散角大,其光束的快轴方向发散角通常接近40度,而慢轴方向的发散角约100度,这是由于它的特殊结构造成的。为了便于激光的长距离传输和使用,必须对光束进行准直。目前国际上通常使用的光束准直方法是徽透镜准直。对于快轴,准直镜通常采用数值孔径较大的微往非球面镜,慢轴则采用与各发光单元对应排列的微柱透镜进行准直。准直后的快、慢轴方向发散角分别可达到8mrad和3mrad。


山东彩票    C.半导体激光光束整形技术。在介绍半导体激光器的光束整形技术之前,首先需要了解光参数乘积的概念。光参数乘积是指某个方向上的光斑半径与此方向上远场发散半角的乘积,其大小决定了激光的光束质量,光参数乘积的值越小,光束质量就越好。光参数乘积已成为目前国际上通用的描述半导体激光器光束质量的方法。由于半导体激光器的特殊结构造成了其快、慢轴光束质量差别较大,因此为了使光束在空间上分布均匀,需对半导体激光器的光束进行整形,也就是要实现激光器快、慢轴的光参数乘积均匀化。国际上通常采用的光束整形方法是光束分割重排法,即先将光束施行分割,然后进行旋转和重新排列,使慢轴方向的光斑尺寸减小,快轴方向的光斑尺寸增加,从而达到了快、慢轴光参数乘积均匀化的目的。实现快、慢轴光参数乘积均匀化的光束整形方法又分为光纤束整形法、折射整形法、反射整形法和折反射整形法等。


   d.半导体激光器的集成技术。为了增大半导体激光器的翰出功率,提高光束质量,人们想出了各种办法,如多光束的空间藕合、波长耦合和偏振藕合等一系列的合束技术以及光束整形技术。在此基础上,目前,国外的多家公司和研究机构又开了发出了将多种耦合技术相结合的方法,均己实现了半导体激光器的千瓦级功率输出。其中.德国Laserlin。公司商品化半导体激光器,其直接输出功率达1okW,光斑尺寸为0.6mm X 3mm,光参数乘积为60 X 300mm " mrad,功率密度达550kW/cm2。


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