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。     

半导体激光器在不同制冷条件下散热研究

对半导体激光器在不同制冷条件下的散热进行实验研究.通过设计温度测试系统,分别在被动制冷、单条水路主动制冷和U型回路主动制冷的条件下,测量了多个高功率LD在不同工作电流下的温度,研究了在不同制冷条件下LD温度随电流的变化,发现U型回路主动制冷条件下,LD的散热效果最好.     

同轴封装半导体激光器的散热研究

通过对激光器传热过程的理论分析,建立了同轴封装半导体激光器的物理散热模型,利用计算流体力学(CFD)软件对T056和T038两种同轴封装的半导体激光器进行了散热模拟分析,并设计了相关的实验(在激光器里面装上热敏电阻)对激光器管芯的温度进行检测,实验结果与仿真结果非常吻合,对激光器组件的设计有一定的指导意义.     

半导体激光器模块散热特性影响因素分析

数值分析了大功率半导体激光器模块的散热特性及温度场,以及焊料、热沉、导热胶和冷水板温度等参数对芯片内部最高温度的影响.结果表明,焊料厚度小于24 μm时,其导热系数对芯片内部最高温度影响较弱,无高阻层形成;芯片内部最高温度随着热沉长或宽尺寸及导热系数的增大,呈指数形式下降,随着热沉厚度的增大呈对数形式升高;当导热胶导热系数大于20 W/(m·K)、厚度小于30μm时,芯片温度趋于稳定;冷水板温度与芯片内部最高温度呈比例系数为1的线性相关性.根据分析结果提出了激光器封装部件的尺寸、导热系数或材料的设计和选择原则.     

基于DSP的半导体激光器驱动系统设计

针对传统纯硬件电路或单片机系统中参数适应性差和运算能力不够等问题,提出设计基于DSP的半导体激光器驱动系统,采用电路设计和程序算法设计相结合,对半导体激光器的工作状态进行实时监测,快速响应,提高了半导体激光器工作的稳定性和可靠性.系统集成度高、功耗小,具备防浪涌冲击和断电过流保护措施,输出电流在0～3A之间连续可调,电流稳定度达到10-3级.     

半导体激光器自动控制系统设计

根据半导体激光二极管的工作原理 ,设计了一种利用单片机实现半导体激光器功率稳定输出的自动控制系统。该系统包括恒流源、光功率反馈、保护电路、温度控制等部分。系统具有激光功率值的实时控制、显示和设置 ;工作温度值的实时控制、显示和设置 ;系统软开关和软保护等功能。     

半导体激光器主动红外夜视监控系统设计

激光主动夜视成像是主动成像,它是将激光技术、成像传感器技术、微弱目标的成像处理技术结合在一起而发展起来的新技术.以近红外半导体激光作为照明光源,对低照度情况下远距离目标进行探测成像.详细阐述了激光主动夜视监控的原理、主动夜视监控系统的组成,并对比分析监控不同目标的实验结果.     

浅析半导体激光器温度智能控制系统设计

随着激光二极管在干涉测量、固体激光、光存储等领域应用的愈加广泛,其LD输出波与温度之间的准确控制难度逐渐突显,人们尝试通过半导体激光器温度控制系统对此问题进行改善,在此背景下,本文针对半导体激光器温度智能控制系统设计问题展开研究.     

大功率半导体激光器载体设计

激光器工作时由于存在各种非辐射复合损耗和自由载流子吸收等损耗机制,使注入到器件中的部分电功率转换成热耗散在激光器内,直接影响激光器的效率和寿命,因此散热处理一直是一个引人注意的焦点。采用微通道载体解决大功率半导体激光器阵列连续工作时散热问题,通过ANSYS软件模拟优化结构参数,实验测得了大功率半导体激光器阵列热阻。     

半导体激光器近场分布测量系统

基于半导体激光器远场分布新模型和反源计算方法，建立了一套半导体激光器近场分布测量装置。系统的测量机制是利用测量的远场数据，反源计算近场分布。该装置由计算机控制，自动完成远场产及拟合处理，经反源计算得到近场分布。     

高精度半导体激光器温控系统的设计与实现

为了使半导体激光器辐射波长和发光强度的稳定性不受环境温度的影响,设计了一款高精度半导体激光器温控系统。采用AD620和LTC1864芯片设计了温度采集电路,用MAX1968和LTC1655设计了温度控制电路,而用TMS320F2812实现对整个系统的精确控制;提出了自适应模糊比例-积分-微分控制策略并完成了软件实现。在环境温度约15℃时,分别设定25℃和20℃进行试验,温度控制精度达±0.05℃。结果表明,该温控系统响应速度快、稳定性高。     

可调谐半导体激光器的精密控制系统设计

为了满足高精密测量领域对半导体激光器高稳定度的要求,设计了一种高稳定度、低噪声的半导体激光器控制系统。该控制系统由电流驱动和温度控制两部分组成,电流控制部分采用负反馈控制保持电流稳定,温度控制部分采用高度集成的MAX1978作为主控芯片,驱动半导体制冷器进行温度补偿。经过实验验证,电流在200mA范围内连续可调,电流控制精度高达1A,在3kHz~100kHz带宽内交流噪声有效值小于300nA,长期温度漂移小于2m℃。结果表明,该系统可用于驱动分布式反馈外腔半导体激光器和分布式布喇格反射半导体激光器。     

Design of widely tunable semiconductor three-branch lasers

We describe the design and operating principles of the new, widely tunable, three-branch semiconductor Y3-lasers, which we have demonstrated recently. This multibranch tunable laser structure is formed by a cascade of Y-junctions and uses a geometrical tuning leverage to achieve wide-range discrete frequency tuning. Y3-lasers have demonstrated experimentally a tuning range of 45 nm (5.6 THz) and access to 50 frequency channels, with potential access to more than a 100 channels. Among the important issues discussed in this paper are the Y3-laser structure, mode selection of the Y3-laser filter, laser side-mode suppression, number of accessible channels, tuning range, and the tuning mechanism of the Y3-laser. A specific design example is also presented. The simplicity of Y3-laser fabrication and the powerful digital channel-access control make these lasers important electronically-tunable sources for multichannel wavelength-division-multiplexed (WDM) optical communication networks     

Design of asymmetric quarter-wave-shifted DFB semiconductor lasers

Quarter-wave-shifted distributed-feedback (QWS-DFB) semiconductor lasers with asymmetric structure are theoretically analysed in terms of wavelength selectivity, differential efficiency, linewidth and sensitivity to external optical feedback. The analysis is used to design narrow-linewidth lasers with low sensitivity to optical feedback for coherent transmission.     

串联结构激光二极管群驱动电源的设计

作者介绍了一种串联结构的激光二极管群驱动电源的设计,内容包括软启动、电压-电流转换、光功率采样及放大、软件设计等部分。电源内部软硬件相结合,采用单片机和FPGA技术共同实现数字化控制,使这种串联群结构激光二极管驱动电源的系统稳定性能得到增强,串联群激光二极管的输出通过光纤耦合器进行耦合,从而获得较大的功率输出。     

Design of semiconductor laser with current-induced cooling

A novel design of semiconductor lasers and photodiodes with cooling by injection current is proposed. Carriers are injected into the active region via tunnelling with absorption of optical phonons. An expression for the optimal emitter lengths in a current-cooled system is obtained     

蝶形半导体激光器恒流驱动设计与实现

蝶形半导体激光器驱动电流的稳定性直接决定了其输出波长的稳定性,进而影响检测精度。为了满足气体浓度检测中对激光器输出波长稳定可调的要求,设计了数字与模拟电路混合的恒流驱动电路。以STC90C51为主控芯片数控模块完成扫描键盘、DA转换;模拟电路主要由负反馈运算放大、高精度CMOS管和反馈电阻构成,完成电压到电流的转换,输出至蝶形半导体激光器,实现蝶形半导体激光器恒流驱动。输出电流在0~300 mA范围内连续可调,输出驱动电流误差小于±0.003 mA,满足系统对恒流驱动±0.005 mA的误差精度要求。     

高功率半导体激光器光束整形的设计和实现

为了使线阵半导体激光器光束能更好应用于激光远程无线电力传输,设计了基于光楔-曲面镜-棱镜组的线阵半导体激光束整形系统,采用数值计算方法,取得了系统中各元件的参量及理论整形效果。在此基础上加工出实物元件,搭建整形系统。实验中测得整形后的激光光斑尺寸为9.9cm×9.6cm,能量均匀度为68.9%,系统能量传输效率为71.3%,光束质量可满足接收端的光电池对激光空间均匀性的要求。最后分析了仿真系统与实验系统间产生差异的原因。结果表明,该系统可同时实现激光束阵列快轴和慢轴方向的扩束与准直,并能够调节输出光斑的形状及光强均匀度,且采用光学元件数量较少。光电池组件是激光无线电力传输过程的关键元件,该设计对激光转换效率的研究有较重要的实用价值。     

Triggerable semiconductor lasers

A triggerable semiconductor laser emits light in very short (0.1 ns) intense (0.1 W) pulses with a few nanosecond periods when biased a fraction of a milliampere above a threshold current. Single uniform lightwave pulses can be triggered by fractional milliampere current pulses up to several nanoseconds in duration. This behavior was first seen in computer simulations of devices with a high electron-trap density (other causes are possible). Devices exhibiting this behavior have been found among the population of AlGaAs stripe lasers made by deep proton bombardment. A simple lightwave pulse regenerator has been built by adding a photodiode with less than unity gain. This circuit emits lightwave pulses with 6 pJ energy, less than 0.2 ns in duration, and with an amplitude that is up to 15 times larger than the input pulse.