高功率叠阵二极管激光器光束整形

采用光线追迹法详细分析线阵二极管激光器经微球面柱透镜快轴准直后的光强变化情况,利用快轴准直微球面柱透镜的球差可调整输出激光光强分布的特性,得出了快轴准直输出发散角约5°时光强分布具有较好的平顶形式。根据叠阵二极管激光器输出光的特点,设计了由25个二极管激光器组成的叠阵二极管激光器的光束整形输出系统,该系统由快轴准直微透镜、快轴耦合透镜和慢轴耦合透镜组成,把需要泵浦的激光介质薄片设计在快轴耦合透镜的焦点上,并且在慢轴耦合透镜的成像面附近,得到了7mm×8mm的泵浦光斑,光强不均匀性约10%,输出效率达到85%。

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808 nm单bar半导体激光器在连续波工作模式下的功率达到100 W;808 nm 20 bar垂直叠阵功率达到2 000 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LIV特性、光谱特性、近场光斑、近场非线性效应、远场发散角、快慢轴准直后激光束的指向性做了测试和分析,并在连续波模式下对单bar 808 nm微通道液体制冷半导体激光器做了寿命测试及可靠性评估分析,结果显示器件的工作性能良好。该大功率半导体激光器垂直叠阵未来的应用前景广阔。

脉冲功率3kW二极管激光器叠阵的相变冷却

针对二极管激光器叠阵的高效散热冷却开展了研究,设计了基于R134a制冷剂的相变冷却系统和以节流式微通道相变冷却方式工作的冷却器,完成了脉冲功率3 kW叠阵的封装,并分析了制冷剂在热沉进出口的温度对叠阵出光波长的影响。实验测试结果表明:在20%的高占空比下,电流197 A时叠阵的输出功率达到3 030 W,插座效率为39%,光谱宽度小于3.8 nm,冷却器内R134a的气化率约为50%。制冷剂R134a的流量为0.60 L/min,仅为水系统的1/5,大幅减小了冷却液流量和热管理系统的体积。

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。

20％占空比2．5kW二维叠阵二极管激光器

采用Cu-WCu复合结构研制了一种五层结构的模块式微通道冷却器，并用所研制的冷却器封装出了20％占空比工作，峰值功率2．5kW的二维叠阵DL。制作的冷却器为五层结构，由上盖片、上散热片、分水片、下散热片和下盖片扩散焊成。散热片和分水片采用具有高热导率的无氧铜制作，上、下盖片采用硬度高，热导率也较高的WCu合金制作。这种结构不仅避免了无氧铜较软，面形和棱边质量难控制的缺点，还可提高冷却器的强度，

长春光所机研制的“808nm百瓦级连续波无铝量子阱叠阵激光器”已达国际领先水平

由长春光机所承担的吉林省科技厅重大项目“808nm百瓦级连续波无铝量子阱叠阵激光器研制”项目已通过成果鉴定。该项目建立了自己的无铝大功率量子阱激光器设计方法,优化设计了材料和器件结构,并攻克了管芯制作、器件封装、散热和电源驱动等一系列关键工艺技术;在国际上首次采用光源成像调节技术实现了5bar光束共线;研制出连续输出达217W、光谱半宽为2.5nm、5bar共线性好的激光叠阵模块,主要技术指标达到国际领先水平。

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。

激光二极管叠阵单侧抽运Nd:YAG陶瓷聚光腔的聚光特性

针对固体激光增益模块紧凑化、简单化的设计需求,建立了激光二极管(LD)叠阵单侧抽运Nd:YAG晶体棒的模型,并利用TracePro软件对陶瓷聚光腔内Nd:YAG晶体棒抽运光的吸收情况进行了数值模拟。分析了聚光腔形状、晶体棒半径和Nd3+掺杂浓度及其他影响因素对聚光效率和增益分布均匀性的影响。研究表明,聚光效率随聚光腔横截面积近似呈线性变化,Nd^(3+)掺杂原子数分数为0.5%、半径为2mm的Nd:YAG晶体棒可以实现光斑半径约为1.0mm的近基模振荡输出;晶体棒均匀抽运区域半径与U型聚光腔半径的比值约为0.5时,抽运光吸收较为均匀。LD叠阵单侧抽运Nd:YAG晶体的抽运结构可以获得65%的聚光效率,增益分布均匀性优于0.65。

激光二极管叠阵侧面泵浦多边形Nd∶YAG薄片激光器泵浦均匀性模拟仿真

阐述了一种激光二极管叠阵以zigzag方式侧面泵浦多边形Nd∶YAG薄片放大器的模拟研究,建模对Nd∶YAG晶体内泵浦光的吸收情况进行了深入的数值模拟与分析,研究了晶体的Nd^(3+)掺杂浓度对泵浦光分布均匀性的影响。研究表明,采用多个方向泵浦和zigzag泵浦方式易于实现介质内泵浦光的均匀分布,在晶体的Nd^(3+)离子掺杂浓度为0.25at.%时,仿真得到的泵浦光吸收分布为平顶型,分布的均匀性均为0.0505。对侧面泵浦多边形薄片激光放大器的进一步研究提供了参考。

高功率二极管激光器模块式微通道冷却器研制

针对高功率二极管激光器（DL）的散热需求．对不同结构的微通道冷却器进行了模拟散热计算．优化了冷却器的结构参数。冷却器采用Cu-WCu合金复合结构，由多层金属片焊接而成，其内部散热片采用具有高热导率的无氧铜制作，上、下表面采用硬度高，热导率也较高的WCu合金制作。这种结构不仅避免了无氧铜较软、面形和棱边质量难控制的缺点，还可提高冷却器的强度．使冷却器可以做得较薄。冷却器外形尺寸为25．0mm×12．0min×1．5mm。使用连续二极管激光器板条和模拟热源对不同内部结构的微通道冷却器的热阻进行了实验测量．冷却器的热阻为0．4～0．8K／W。研制的模块式微通道冷却器可满足连续50w或脉冲功率120W（20％占空比）的高功率二极管激光器板条的散热需求．堆叠的二维叠阵DL可以很好地用作高平均功率DPL的泵浦源。

泵浦用高平均功率二极管激光器研制

针对高平均功率线阵二极管激光器(DL )芯片的工作要求,开展了相应的封装结构设计和高效冷却技术研究。封装的单条线阵DL连续输出激光功率50 W,工作寿命达到5 000 h,10%占空比准连续输出激光脉冲功率150 W,25%占空比准连续输出激光脉冲功率100 W,工作寿命达到5×109 次脉冲。采用模块式封装方式由25个模块堆叠,制作出了连续激光功率1 kW和20%占空比工作脉冲功率2.5 kW的叠阵二极管激光器。

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。

980 nm High Power Semiconductor Laser Stacked Arrays with Non-absorbing Window

980 nm InGaAs/GaAs 分开的监禁 heterostructure ( SCH )拉紧 quantumwell ( QW )有非吸收的方面的激光被与五层的薄没有氧的铜板结构使用热 treatment.MicroChannelcoolers 制作被设计并且 fabricatedthrough 在 200 W for5酒吧的产量电源穿的最高的 CW (连续波浪)包装了由的氢 ambient.The 的热结合 microchannel 冷却器被介绍。

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。