高温硬焊料准连续半导体激光器巴条叠阵的性能研究

以巴条叠阵结构及封装方法为基础,研制了一组高温硬焊料准连续半导体激光器巴条叠阵,并研究了其相关的光电性能和寿命特征。结果表明,所研制的器件在200 A的工作电流下,重复频率250 Hz、脉宽200μs时,单巴峰值功率>200 W,50%光谱宽度<3 nm,电光转换效率>50%,寿命达到4.71×109shots时的功率衰减<15%;当工作电流为150 A时,预期寿命高达1.5×1010shots。

垂直叠阵半导体激光器输出光束均匀化的研究

本文针对垂直叠阵半导体激光器提出了基于棱镜锥体的光束均匀器件,利用软件ZEMAX仿真了具有正方形和正三角形输出端面的棱镜锥体输出光束特性,研究表明,正三角形输出端面棱镜锥体可以实现均匀的光强分布,并且快慢轴方向上的光束发散角度近似相等。

半导体激光器散热技术研究及进展

在半导体大功率激光器的各种关键技术中，散热问题的解决是一个极其关键的技术。因为半导体激光器能产生很高的峰值功率，这些器件的电光转换效率为40％-50％，即所输入的电能50％-60％都转换为热能。在管芯焊接的地方产生的热流量大约为1KW·cm^2。这种热负载是限制激光器正常工作的关键因素。半导体激光器列阵与叠阵散热问题解决会直接关系到激光器的使用寿命，导致激光器有源区温度的迅速提高，从而引起激光器的光学灾变，甚至烧毁半导体激光器。大功率激光器列阵及叠阵在高功率的二极管泵浦固态激光器（DPSSL）系统中有很大的应用，市场发展潜力很大。因此，有必要发展大功率激光器列阵及叠阵。随着大功率激光器列阵及叠阵的迅速发展，与其有关的关键技术也应该加以研究。

大功率半导体激光器叠阵的光学性能

半导体激光器由于其光电转换效率高、亮度高、寿命长等特点,是用于抽运固体激光器的最佳选择。作为抽运源,要求半导体激光器具有很好的光学性能,主要包括出射光束的发散角和指向性。半导体激光器的发散角很大,要对其进行光束压缩整形并控制光束的指向性是一项很难的技术,对于多个半导体激光器组成的叠阵要保证其每一个巴条的光学性能良好更是不容易做到。从研究半导体激光器光束质量的控制着手,制作出一个带快轴准直的60个巴条的激光器叠阵,其峰值功率高达18kW,叠阵整体快轴发散角小于0.2°(3.5mrad),每个巴条的指向性在±0.15°(±2.6mrad)以内。

多次回流下Au80Sn20微观演变及对半导体激光性能影响

研究了在多次回流下Au80Sn20焊层的微观演变机制及对半导体激光性能的影响,为采用自动化精密校准机械设备,多次回流实现激光叠阵自动化高精度封装提供技术支持。实验中,采用扫描电镜对不同回流次数下Au80Sn20焊层金属化合物(IMC)的SEM形貌特征进行了观察,并做EDS能谱组分分析。同时,对多次回流过程中各阶段进行光电性能测试,分析Au80Sn20焊料在多次回流焊接下的微观演变,以及对激光光电性能的影响。实验结果表明:对于相同芯片,同一封装形式,同批次的器件,在340℃,30s的回流焊接条件下,多次回流加热2~6次,即340℃间歇循环作用180s以内,Au80Sn20焊层演变主要在于微观相形态的变化,对激光光电性能影响不大;在加热到8~10次时,即340℃间歇循环作用300s左右,Au80Sn20焊层与芯片边界处出现柯肯达尔空洞;12~20次后,即340℃间歇循环作用至600s,柯肯达尔空洞融合变大,数量增多,致使半导体激光光电性能明显下降。