940nm波长高功率线阵二极管激光器封装研究

 对940nm波长高功率线阵二极管激光器的封装结构进行了重新设计，并在此基础上开展了芯片的封装实验。封装出的线阵二极管激光器，在连续工作时输出激光功率达40W，在准连续工作时（占空比0.5%），输出峰值功率可达100W。     

二极管面阵侧泵浦Nd:YAG双板条激光器

 叙述了二极管面阵侧泵浦双板条耦合单横模 Q 开关激光器的研制。泵浦源为二极管面阵激光器,使用梯形波导板耦合系统,耦合效率达90%,谐振腔为凸凹腔,全反射镜的曲率半径为 3.0m的凹面镜,输出镜为曲率半径3.0m的可变反射率超高斯镜。激光器在 100Hz 重复频率下,输出单脉冲能量18.23mJ,脉宽为15.25ns,光束质量M²<1.5具有平顶分布的超高斯光束。     

高密度封装二极管激光器阵列

 理论模拟了自制的高效冷却器的散热能力,分析了单元封装结构所需材料的导热特性,获得了高功率二极管激光器在高功率密度、高占空比条件下运行的可行性。改进了高密度封装的关键工艺,热沉金属化层达到了3~5 mm,焊料厚度为4~7 mm,封装间距0.6 mm,采用峰值功率1 kW的背冷式叠阵二极管激光器。实验测试结果表明:封装的二极管激光器叠阵单元的整体封装热阻为0.115 ℃/W,有良好的散热能力;该叠阵模块在电流为100 A、占空比15%时,输出峰值功率为986 W,峰值功率密度达到1.5 kW/cm2,平均每个板条的斜效率为1.25 W/A,激光器阈值电流为20 A左右。     

V形槽硅微通道冷却器的研制

高平均功率的二极管泵浦固体激光器（DPL）要求用于泵浦的二极管阵列功率密度达到1kW／cm^2，由于二极管运行的电光效率只有40％50％，需要高强度的冷却器来对面阵进行冷却。V型槽硅微通道冷却器。结构紧凑，具有较高的冷却能力，可在其V形槽上同时焊接多条bar而形成面阵。从而能大幅提高封装工艺的集成度，降低封装成本，使大规模地封装高功率激光二极管阵列成为可能。     

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.     

有机电致发光器件的封装热特性研究

有机电致发光器件的稳定性与其封装结构密切相关,封装技术的优劣直接影响有机电致发光二极管器件的寿命.本文采用热阻抗模型对三种常用有机电致发光二极管器件封装结构进行热阻抗分析,并利用ANSYS有限元分析软件的热分析模块对热特性进行研究,得出各种器件封装结构的温度场分布,根据温度场分布比较得出各种封装结构散热性能的差异.分析得出,传统后盖式封装结构与混合封装结构散热效果相差不大,Barix封装结构具有最好的散热性能.模拟仿真结果显示,当玻璃厚度从0.5 mm增加至0.9 mm时,传统封装结构的发光层温度升高了0.124℃,Barix封装结构的发光层温度升高了0.262℃,表明玻璃层厚度的增减对有机电致发光二极管器件的散热影响较小.改变器件表面空气流动速度,使对流系数从25W/(m²·K)变为85W/(m²·K)时,传统封装结构有机电致发光二极管发光层的温度由42.911℃递减到26.85℃,可见增大表面空气流动速度对降低有机电致发光二极管有源层的温度作用显著.     

基于相变冷却的大功率二极管激光器技术

 设计了一种基于相变冷却方式工作的大功率二极管激光器,该激光器的散热器是基于节流式喷射微槽道相变冷却的原理,使冷却液在微槽中的气化率达到了70%,大幅度提高了冷却效果,减小了冷却液流量,在同样制冷功率条件下,冷却液流量仅为水冷方式的1/10。利用相变冷却器进行了背冷式半导体激光器叠阵封装工艺的研究,采用复合热沉与AuSn硬焊料结合的新型封装工艺,完成了准连续3 kW叠阵的封装。实验测试表明,单元叠阵的输出功率达到3.01 kW,占空比10%,封装间距为1.3 mm,光谱宽度小于3.5 nm。最大功率输出时所需R134a冷却液的流量仅为110 mL/min。     

高功率二极管激光器寿命测试

 介绍了高功率激光二极管不同模式的失效机理，分析了激光二极管不同的寿命测试方法；在冷却水温20℃和实际工作温度下分别对封装的激光器进行了寿命测试。根据试验结果得出退化率，推算出准连续二极管激光器在水温20℃，电流90A，占空比为10%（500Hz，200μs）时，平均激光工作寿命为2.19×10⁹次脉冲；冷却水温35℃时，其平均激光工作寿命下降为1.65×10⁹次脉冲。由实验结果分析得出，高功率激光器封装工艺中的焊料沉积和多层焊接技术，以及工作环境温度是影响激光器可靠性和寿命的关键因素。     

高占空比、高功率线阵二极管激光器封装技术

 对高占空比、高功率线阵二极管激光器的封装技术进行了研究,给出了封装器件性能测试结果：在占空比20%（200μs,1000Hz）时获得峰值功率大于40 W的激光输出,100～1000Hz 重复频率下,输出激光中心波长为 805～808 nm, 谱线宽度3.2～4.2 nm,激光起伏小于 1%。     

二极管面阵侧泵浦Nd:YAG双板条激光器

叙述了二极管面阵侧泵浦双板条耦合单模模Ｑ开关激光器的研制。泵浦源为二极管面阵激光器,使用梯形波导板耦合系统,耦合效率达９０％,谐振腔为凸凹腔,全反射镜、的曲率半径为３．０ｍ的四面镜,输出镜为曲率半径３．０ｍ的可变反射率超高斯镜。激光器在１００Ｈｚ重复频率下,输出单脉冲能量１８．２３ｍＪ,脉宽为１５．２５ｕｓ,光束质量Ｍ２＜１．５具有平顶分布的超高斯光束。     

高功率二极管激光器相变冷却技术

根据高功率二极管激光器的散热需求,设计了一种储能式相变冷却实验系统,并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面,用氨做制冷剂,实现了喷雾相变冷却器表面温度37 ℃时,散热功率密度达到了511 W/cm2。采用节流汽化原理,分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器,背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂, 散热功率密度达到了550 W/cm2,采用R124做制冷剂,散热功率密度约270 W/cm2。采用R124做制冷剂,实现了脉冲激光功率3 kW和连续激光功率100 W的相变冷却二极管激光器模块封装。     

脉冲功率3 kW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。     

高功率、高效率808nm半导体激光器阵列

通过设计高效率808 nm非对称宽波导外延结构,减少P型波导层和包层的自由载流子光吸收,实现腔内光吸收损耗为0.63 cm~(-1).制备的808 nm半导体激光器阵列在室温25?C下,实现驱动电流135 A,工作电压1.76 V,连续输出功率大于150 W,斜率效率高达1.25 W/A,中心波长809.3 nm,器件最高电光转换效率为65.5%,这是目前国内报道的808 nm半导体激光器阵列的最高电光转换效率,达到国际同类器件最好水平.     

High packing density laser diode stack arrays using Al-free active region laser bars with a broad waveguide and discrete copper microchannel-cooled heatsinks

A high packing density laser diode stack array is developed utilizing Al-free active region laser bars with a broad waveguide and discrete copper microchannel-cooled heatsinks. The microchannel cooling technology leads to a 10-bar laser diode stack array having the thermal resistance of 0.199 ℃/W, and enables the device to be operated under continuous-wave （CW） condition at an output power of 1200 W. The thickness of the discrete copper heatsink is only 1.5 mm, which results in a high packing density and a small bar pitch of 1.8 mm.     

连续100W量子阱二极管激光器封装工艺

为了提高激光器输出功率,对研制的铜微通道冷却器性能进行了测试,分析了其散热能力。设计了一种在软焊料中掺杂金属添加剂的工艺,有效抑制了晶须生长,并利用该冷却器和新工艺封装出了连续100W大功率二极管激光器,并对封装的器件进行了性能测试。测试结果表明,封装的连续100W器件在工作电流105 A时,输出功率超过了100W,中心波长为808.5 nm,光谱半高宽为2.15 nm,器件的smile尺寸小于2μm,部分值小于0.5μm。     

C-mount封装激光器热特性分析与热沉结构优化研究

为了降低单管半导体激光器的结温、提高器件的散热效果,基于C-mount热沉的热特性分析提出了一种优化的台阶热沉结构,研究了单管激光器结温和腔面侧向温度分布曲线的影响。在热沉温度298 K和连续输出功率10 W的条件下,腔长为1.5 mm的典型C-mount封装结构激光器的结温为343.6 K,热阻为4.6 K/W。通过在典型C-mount热沉中引入台阶结构,使封装激光器的结温降低为333.8 K,热阻减小到3.5 K/W。计算表明,其输出功率可提高近20%。     

基于微蒸发腔制冷的大功率激光二极管制冷组件

利用节流的高压冷却介质在微蒸发腔内相变吸热,设计了一种用于大功率激光二极管制冷的封装组件。该组件采用高热导的无氧铜,用精密线切割、化学腐蚀等技术制作微蒸发腔,再通过自制的焊接设备完成制冷组件的封装。按照大功率激光二极管条的发热模型,理论上对微蒸发腔制冷组件的温度分布进行了数值模拟,结果与60 W激光二极管条的散热实验符合较好,得到制冷剂流量为23 m L/min时的热阻为0.289℃/W。     

Multi-pass traveling-wave amplifier based on an end-pumping Nd:glass slice

This paper describes a multi-pass traveling-wave amplification structure used to amplify 8×8 mm signal lasers with a 5-mm thick Nd:glass slice. The pumping source is a laser diode stack containing eight laser diode arrays. These arrays are carefully placed to maintain high coupling efficiency. Experimental results show that a 300-μJ signal laser can be amplified to 13 mJ with the first 12-pass structure of amplification, and to 246 mJ with its dual-pass feature. The method for solving the thermal problem of this structure is also calculated and analyzed. Results show that the cooling solution of a sapphire slice can effectively reduce the temperature of the pumping side of the Nd:glass slice.