高功率高效率光纤耦合半导体激光模块研制

采用光束整形和空间合束的方法,研制出高功率、高效率多阵列光纤耦合半导体激光模块。将波长为976 nm连续工作的5个标准半导体阵列,通过对快轴进行准直和快慢轴光束旋转的方式进行光束整形,准直后进行空间合束,经耦合透镜聚焦,耦合入芯径400 m、数值孔径0.22的光纤。测量结果显示：光纤的出光功率最大可达到327 W,光纤耦合效率大于93.6%。     

基于楔形整形镜对半导体激光的光纤耦合

在半导体激光器的光纤耦合系统中,bar条的各发光点指向偏差(偏向角)会恶化光束整形效果,显著降低光纤耦合效率.针对该现象提出利用引入修正角的楔形整形镜补偿发光点的指向偏差,改善激光束的指向性和光束整形效果.通过ZEMAX软件模拟与实验验证,在光纤耦合系统中使用引入修正角后的楔形整形镜片,其整形效果显著改善,测量的光束参...     

高效率半导体激光器光纤耦合模块

随着半导体激光光源在激光加工领域的应用不断扩展,以激光二极管阵列制成的光纤耦合模块由于存在耦合效率低的缺点,已不能满足激光加工低成本的需求,因此研制高耦合效率的半导体激光器光纤耦合模块变得十分重要。本文将8只波长为808 nm、输出功率为5 W的单管半导体激光器通过合束技术耦合进光纤,制备了一种高效率的半导体激光器光纤耦合模块。光纤芯径为200 μm、数值孔径(NA)为0.22,光纤输出功率为33.2W,耦合效率超过83%,这种高效率半导体激光器光纤耦合模块,可用于激光打标、塑料加工等领域。     

半导体激光耦合新方法

提出了一种脱离国外模式的半导体激光耦合新方法,使用该方法既可以直接将半导体激光耦合成亮度均匀、光束参数积（BPP）值在两个方向相等的方形光斑,也可和光纤耦合得到一个圆形光斑,且只用球面镜和柱面镜两种光学元件,不需采用国外方法中用到的其它类型微光纤元件。将系统的出瞳作为光斑来解决亮度均匀分布问题;通过消除光源间隔对BPP值的影响来减小慢轴的BPP值;利用点光源的特点使快轴和慢轴的BPP值相等。采用该方法设计了各种要求和规格的半导体激光耦合光学系统,如本文设计实例中的参数为：巴条上的光源数为19个,巴条数为21个,故光源总数为399个。得到的方形光斑尺寸为0.6 mm×0.6 mm,NA值为0.22。此外,和直径为1 mm光纤耦合还得到了一圆形光斑。与国外方法比较,该方法结构简单,工艺要求低,更适用于高功率、低BPP值的半导体激光器。     

高功率半导体激光器光纤耦合实验研究

为进一步提高光纤耦合半导体激光器的输出功率,提出了一种多单管半导体激光器通过台阶分布、光束精密准直及自由空间合束实现高功率光纤耦合输出的方法,该方法具有结构简单、光学元件易于加工、耦合效率高等优点。采用这种方法对5只封装在次热沉上的单管半导体激光器开展了芯径100μm、数值孔径0.22多模光纤的耦合实验研究,当工作电流为7.0 A时,光纤连续输出功率为21.8 W,亮度为1.83 MW/(cm~2·sr),耦合效率为70.32%。     

高功率半导体激光器光纤耦合实验研究

为进一步提高光纤耦合半导体激光器的输出功率,提出了一种多单管半导体激光器通过台阶分布、光束精密准直及自由空间合束实现高功率光纤耦合输出的方法,该方法具有结构简单、光学元件易于加工、耦合效率高等优点。采用这种方法对5只封装在次热沉上的单管半导体激光器开展了芯径100 m、数值孔径0.22多模光纤的耦合实验研究,当工作电流为7.0 A时,光纤连续输出功率为21.8 W,亮度为1.83 MW/(cm2sr) ,耦合效率为70.32%。     

基于ZEMAX高功率半导体激光器光纤耦合设计

随着半导体激光器光源在激光加工领域的应用不断拓展,研制高耦合效率的半导体激光器光纤耦合模块变得十分重要。为了进一步提高光纤耦合激光二极管模块的输出功率,本文应用ZEMAX光学设计软件进行仿真模拟,将12只波长为808 nm、输出功率为10 W的单管半导体激光器通过合束方法高效率耦合进光纤。耦合光纤芯径为150μm、数值孔径为0.22,光纤输出功率为116.2 W,耦合效率为96.8%。     

880 nm半导体激光主动照明光纤耦合模块

为降低半导体激光主动照明红曝,选择波长880 nm大功率半导体激光器作为新型激光主动照明成像系统光源。根据光纤耦合过程光参数积不变原理,研制出波长880 nm大功率半导体激光器阵列单光纤耦合模块,利用光纤匀光作用使激光光束匀化整圆后用于激光主动照明。首次在波长880 nm大功率半导体激光器上采用阶梯反射镜光束整形方法,使激光光参数积与光纤匹配,激光高效耦合进入纤芯400 μm、数值孔径0.22的光纤。室温条件下光纤耦合模块连续输出功率44.9 W,电光转化效率35%,波长880 nm大功率半导体激光器阵列光纤耦合模块,不仅其红曝小而且对应CMOS图像传感器光谱响应度较高,系统成像质量好。     

880nm半导体激光主动照明光纤耦合模块

为降低半导体激光主动照明红曝,选择波长880 nm大功率半导体激光器作为新型激光主动照明成像系统光源。根据光纤耦合过程光参数积不变原理,研制出波长880 nm大功率半导体激光器阵列单光纤耦合模块,利用光纤匀光作用使激光光束匀化整圆后用于激光主动照明。首次在波长880 nm大功率半导体激光器上采用阶梯反射镜光束整形方法,使激光光参数积与光纤匹配,激光高效耦合进入纤芯400μm、数值孔径0.22的光纤。室温条件下光纤耦合模块连续输出功率44.9 W,电光转化效率35%,波长880 nm大功率半导体激光器阵列光纤耦合模块,不仅其红曝小而且对应CMOS图像传感器光谱响应度较高,系统成像质量好。     

260 W波长锁定光纤耦合输出泵浦模块实验研究

半导体光纤耦合输出泵浦源是光纤激光器的核心器件,其性能直接制约光纤激光器的输出水平。采用COS封装的高功率LD芯片,通过VBG外腔光谱锁定和精密光束整形变换技术,结合偏振合束与精密聚焦耦合技术将18个LD单元耦合进105 μm/NA0.22光纤,获得不低于260 W功率输出。实验表明,该模块在注入电流18 A时,可获得稳定输出连续功率264 W,对应电光效率52%,输出光谱中心波长975.92 nm,谱宽0.51 nm。该设计为获得高功率、高亮度波长稳定泵浦源提供了一条可行途径,光纤耦合输出模块工程化后可广泛应用在光纤激光器泵浦等领域。     

200 W级高亮度半导体激光器光纤耦合模块

光纤激光器系统需要高可靠性、高亮度、高功率光纤耦合输出二极管激光器模块作为泵浦源。基于mini-bar二极管激光器芯片,采用光束精密准直技术、自由空间合束技术来获得高亮度、高功率光纤耦合输出,针对光纤芯径为200 m、数值孔径为 0.22的多模光纤,开展了线偏振二极管激光光纤耦合实验,实验结果表明：光纤稳定输出功率达280 W,对应亮度为5.87 MW/（cm2sr）,电-光效率为45.0%。采用偏振合束技术,光纤预期输出功率可达500 W,对应亮度超过10 MW/（cm2sr）。该方法可应用于研制数百瓦级高亮度二极管激光光纤耦合输出激光器模块。     

kW级光纤耦合输出二极管激光器模块

基于二极管激光器mini-bar的光纤耦合方式是一种降低耦合系统成本并提高整体转换效率的方法, 为此,采用40片封装在铜微通道冷却器上的连续60 W二极管激光器mini-bar组成空间叠加阵列,作为耦合光源,采用非球面柱透镜及柱透镜阵列对mini-bar叠阵进行了快轴与慢轴的准直,实现了两列叠阵的激光束沿快轴方向的空间合成以提高叠阵激光束的填充因子,合成后的激光束可以耦合进入芯径为800 m、数值孔径为0.22的光纤。测试结果表明,光纤耦合模块输出功率最高为1360 W,整体光光效率58%,光纤端面的功率密度达到1.73105 W/cm2。     

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25.0 mm×12.0 mm×1.5 mm.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0.4～0.8 K/W.研制的模块式微通道冷却器可满足连续50 W或脉冲功率120 W(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.     

High conversion efficiency,high power density Q-switched fiber laser

An acoustic-optic Q-switched all-fiber laser With a high-repetition-rate, a short pulse width, a wide spectrum, and a high conversion efficiency is experimentally demonstrated. In the laser configuration, a （1＋1）x 1 side-pumping coupler is introduced to perform backward pumping, and a 10/130%tm Yb fiber is adopted. The acoustic-optic component operates in the first direction, achieving a Q-switched pulse with a repetition rate adjustable in the range of 20 kHz-80 kHz. Under a repetition rate of 20 kHz and a pump power of 6.76 W, the fiber laser obtains a highly efficient and stable pulse output, with an average power of 4.3 W, a pulse width of 56 ns, a peak power of 3.83 kW, and a power density of 1.39x 101~ W/cm2. Particularly, the optic-optic conversion efficiency of the laser reaches as high as 64%. Another feature of the pulsed laser is that the high reflection mirror reflects the pump light as well, which brings the secondary absorption of the pump power into the gain fiber.     

高功率二极管泵浦模块热效应补偿研究

分析了作为放大器应用的高功率二极管泵浦模块NdYAG圆棒的热效应,包括热透镜效应和热致双折射所引起的退偏效应及其补偿方法.在光路中加入合适的负透镜可以对特定工作条件下激光棒的热透镜进行较好的补偿;使用两个增益和荧光分布等参数完全一致的泵浦模块作为放大级,在其间加入90°石英旋转片和4F像传递系统可以较好的补偿热致双折射所引起的退偏效应.并且对以上方法进行了实验验证,取得了良好的补偿效果,提高了泵浦模块的提取效率和激光输出功率.     

高功率二极管泵浦激光模块的热致球差

为获得高功率高光束质量的激光器,对激光器中的热致球差进行了研究。介绍了高功率二极管泵浦Nd:YAG棒激光模块热致球差的测量和补偿方法。使用S-H波前探测器测量了激光模块的三阶球差,设计了补偿系统对激光模块的球差进行了补偿,并对补偿前后的各阶像差进行了分析。在主振功放(MOPA)系统中使用球差补偿系统,工作电流110 A时,光束质量平方因子从9.2提高到6.4。实验结果表明球差补偿系统能消除激光模块的的三阶球差,而且不会引起其它像差的增大,提高了激光器光束质量。     

808 nm高占空比大功率半导体激光器阵列

采用渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构,通过降低非辐射复合、有源层载流子泄露、散射和吸收损耗来提高出射效率和降低激光阈值电流,从而提高半导体激光器阵列的输出功率;同时使P面具有更高的粒子掺杂数密度,优化N面合金条件,降低半导体激光器的串联电阻,降低焦耳热,提高了半导体激光器阵列的转换效率。利用金属有机化学气相淀积技术生长GaInAsP/InGaP/AlGaAs渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构激光器材料,利用该材料制成半导体激光线阵列在20%高占空比的输入电流下,半导体激光器的输出峰值功率达到189.64 W(180 A),斜率效率为1.1 W/A,中心波长为805.0 nm,阈值电流为7.6 A,电光转换效率最高可达55.4%;在1%占空比的输入电流下,阵列的输出峰值功率可达324.9 W(300 A),斜率效率为1.11 W/A,阈值电流为7.8 A,电光转化效率最高达55.6%,中心波长为804.5 nm。     

High efficiency second harmonic generation with a low power diode laser

\valunit{8}{mW} ( corrected for the output mirror reflection) of the cw coherent blue light around by frequency doubling of only from a diode laser. With IR power of we reach the doubling efficiency of . The overall conversion efficiency from the electrical power into the blue light is . By the way of careful analysis of the Blue Light Induced IR Absorption (BLIIRA) in the potassium niobate based external doubling cavity we obtain good agreement with the theoretical conversion efficiency. Received: 29 November 1996     

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。