半导体致冷复合相变硅镜光照热有限元模拟

为克服高能激光用相变致冷镜两次出光时间间隔长的缺点,设计了一种新型半导体致冷复合相变硅镜,并采用ANSYS有限元程序模拟了实心硅镜、相变镜和半导体致冷镜的光照热行为。由最大温度 时间曲线可知,在净吸收热量为 100W、环境温度为 20℃,制冷量为 25W时,半导体致冷复合相变硅镜只需 5s就可使镜体的温度和弹性变形恢复至初始状态。

夹持方式对镜面热变形及偏转的影响

在高功率激光辐照下,激光腔镜的夹持方式对热变形和偏转有很大影响。在理论上,采用AN SYS软件计算了硅镜(80mm×12.5mm),在特定辐照条件(100W,40mm、均匀、同轴、5s)下的不同夹持方 式下的热变形,径向固定的热变形镜面峰谷值(0.1093μm)小于轴向固定的热变形峰谷值(0.1388μm),三点 固定的(0.121μm)介于二者之间。在实验上,硅镜(75mm×12.5mm)在特定辐照条件(100W、光斑椭圆17 mm×20mm,5s)下,压圈法(径向固定)的热变形为0.32μm,镜面倾斜角为0.63μrad;压板法(轴向固定)的 热变形0.49μm,镜面倾斜角为0.28μrad。当采用三点锥孔定位法时,通过干涉条纹可发现镜面偏转减少。

相变致冷镜的有限元结构优化

镜体的结构决定了相变致冷镜抑制腔镜在高能激光辐照下的热变形的效果。比较不同结构形式的相变致冷镜镜面热变形的有限元软件计算结果,并通过一阶非线性优化方法,得到较优的放射状结构:硅基基体外径80mm,厚度12.5mm,光斑直径40mm,吸收功率密度为79.58kW/m2,当其最优沟槽深度为9 9mm,宽度为0.4mm时,光照10s时镜面热变形达到最小值0.37μm。

10km高速同轴激光器的研究

对速率10Gb/s传输距离可达10km的高速同轴连接型光发射组件(TOSA,又称高速同轴激光器)进行了研究。通过对该器件的光学结构和电高频性能等核心部分的深入分析和优化设计,成功研制出了可直接应用于小型化10Gb/sXFP光收发合一模块的TOSA。测试结果表明,在10.709Gb/s的调制速率下,消光比大于7dB,光眼图裕量大于15%,其整体性能达到了国外同类产品的先进水平。

小型化带制冷电吸收调制激光器的研究

随着光通信朝着高速、高带宽和大容量方向发展,开发高性能的光通信用器件并减小器件的体积以降低成本变得越来越重要。电吸收调制激光器(EML)具有体积小、啁啾效应小、驱动电压低和弛豫振荡频率高等优点,成为当前国内外长距离、高速光通信系统的理想光源。然而,EML对温度非常敏感,温度的微弱变化都会影响其工作的稳定性。因此,如何使激光器输出恒定波长和稳定功率的光并延长使用寿命是一项技术难题。介绍了目前研究开发的小型化带制冷电吸收调制激光器所采用的制冷技术和两种主要器件封装技术,就带制冷EML未来的发展方向做出了展望。