1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
半导体激光器（LD）的增益谱随着加载电流和温度的变化而变化，不同功率下LD的输出波长难以稳定。功率为120 W、中心波长为809 nm的LD在10%~100%功率出光期间的波长漂移约为6 nm，这对于激光器的直接应用是不利的。目前通常采用体布拉格光栅（VBG）锁定或片上分布式反射（DBR）、分布式反馈（DFB）的方法进行波长锁定来解决该问题，但仍存在低功率下波长不稳定的缺点。为此，本文提出了一种基于“电开关选通控制+光纤合束器”的半导体激光光源方案，通过在相同电流下控制激光器的挡位来调节功率，在不增加额外光学器件的情况下达到了波长稳定的目的；该光源包含数个12 W单模块LD、数个电功能模块、控制或通信软件、半导体制冷片（TEC）控温模块、光纤合束器、光学准直镜筒；该光源的中心波长稳定在808~810 nm范围内，功率大于120 W，光斑的非均匀性（均方根）<10%。该光源通过了高低温环境实验考核，可在-55~50 ℃范围内存放及工作，同时可满足冲击振动、电磁兼容环境下的实验要求。
激光器 波长稳定 电开关 分挡调节功率 半导体激光光源 中国激光
2023, 50(11): 1101018
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
结温升高是影响主控振荡放大(MOPA)半导体激光芯片输出功率的重要因素，为解决MOPA芯片的多电极封装和高效散热问题，提出了一种正装和热扩散辅助次热沉相结合的封装结构。建立了该封装结构的3D热模型，对比研究了倒装封装结构、正装无辅助次热沉结构与正装有辅助次热沉结构对MOPA半导体激光器结温的影响。计算结果表明，采用正装有辅助次热沉结构与倒装封装结构散热性能接近，且显著优于正装无辅助次热沉结构，结温降低幅度最高可达40%。另外，采用正装有辅助次热沉封装结构的MOPA半导体激光芯片在连续工作条件下输出功率为10.5 W，谱宽可实现半高全宽小于0.1 nm，中心波长随电流的变化约14 pm/A，实现了10 W级MOPA芯片的封装，验证了该封装结构的有效性。
锥形半导体激光器 热设计 封装结构 热沉 master oscillator power amplifier diode laser thermal design package structure heat sink 强激光与粒子束
2023, 35(5): 051001
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
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。
半导体激光器 光纤耦合 波长锁定 光束整形 diode laser fiber coupling wavelength-control beam shaping 强激光与粒子束
2022, 34(6): 061002
西安交通大学 机械工程学院 新能源装备与质量工程研究所，西安 710072
针对粗粒反光表面在一般光源照明条件下产生的局部反光问题，提出一种基于随机散斑投影的图像采集方法。以主动投影照明的方式在工件表面形成系列随机散斑图案，利用组图冗余信息抑制反光，生成光强均匀且高信噪比的融合图像。给出了随机散斑图畸变矫正方法，实现高效的密度均匀散斑投影。实验结果表明，所提方法很好地抑制了工件表面局部反光问题，显著提升了图像对比度与清晰度，为后续图像检测算法设计打下良好基础。
散斑投影 图像采集 粗粒反光 透视畸变 图像融合 Speckle projection Image acquisition Coarse-grained reflection Perspective distortion Image fusion
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
为降低半导体激光芯片的慢轴远场发散角，提高其慢轴方向的光束质量，设计了横向热流抑制的封装结构。利用热沉间的物理隔离，削弱了半导体激光芯片慢轴方向上的温度梯度，有效降低了半导体激光芯片慢轴方向的发散角。采用热分析模拟了不同封装结构下芯片发光区的温度分布，并对波长915 nm的窄条宽半导体激光芯片进行封装。实验结果表明，在工作电流15 A，封装在隔离槽长4 mm，脊宽120 μm刻槽热沉上的芯片，其慢轴远场发散角由12.25°降低至10.49°，相应的光参量积（BPP）由5.344 mm·mrad 降低至4.5763 mm·mrad，慢轴方向亮度提升了约5.5%。实验结果表明，横向热流抑制的封装结构可以有效地削弱半导体激光芯片慢轴方向上由热透镜效应引起的高阶模激射，从而降低其慢轴远场发散角。
半导体激光器 慢轴发散角 封装结构 横向热流抑制 diode laser slow axis divergence angle package structure lateral heat flow suppression 强激光与粒子束
2021, 33(2): 021003
1 中国工程物理研究院高能激光重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
分析腔面反射率对GaN基半导体激光器斜率效率和输出功率的影响,并对出射波长为450 nm的激光器进行实验验证。结果表明,对于非对称谐振腔结构,通过优化腔面反射率,可以抑制空间烧孔非线性效应,提高器件的微分量子效率和最大输出功率。当前腔面反射率为5%时,斜率效率大于1.3 W·A
-1,并在3 A的连续工作电流下,获得了2.6 W的高功率输出。
激光器 半导体激光器 GaN 腔面反射率 空间烧孔
中国工程物理研究院应用电子学研究所 高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
为了保证Nd:YAG薄片激光器的高功率、高光束质量, 需解决薄片增益介质封装后的均匀散热、低波前畸变等关键问题。分析了封装过程中薄片增益介质的热应力, 模拟了连接界面无缺陷条件下薄片增益介质的热分布, 对封装工艺技术进行改进。优化的封装技术将薄片激光增益介质与微通道冷却器连接在一起, 采用超声扫描显微镜、激光干涉仪对薄片激光器的焊接界面与增益介质表面面形进行测试。结果表明: 该封装技术实现了直径Φ80 mm的大口径YAG薄片与冷却器焊料层均匀、无空洞的界面连接, 同时减小了焊接后薄片的波前畸变, Φ60 mm口径内面形畸变PV值小于1 μm, 均方根RMS值小于0.15 μm。该技术封装的单模块Nd:YAG薄片激光器输出功率达到2.3 kW。
薄片激光增益介质 封装 热均匀性 波前畸变 thin disk laser gain medium packaging thermal homogeneity wave-front distortion 红外与激光工程
2017, 46(12): 1205003
1 商洛学院化学工程与现代材料学院, 陕西 商洛 726000
2 商洛学院陕西省尾矿资源综合利用重点实验室, 陕西 商洛 726000
3 南昌大学理学院, 江西 南昌 330047
4 西安工业大学材料与化工学院, 陕西 西安 710021
为从蓝光危害与节律效应角度提供显示器的选购及使用参考, 测量了不同色温(1200~6500 K)下冷阴极荧光灯管(CCFL)背光液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)背光LCD、有机发光二极管(OLED)以及阴极射线管(CRT)这4种常用显示器的光谱分布; 根据人眼响应函数的拟合结果, 计算了不同色温下4种显示器的蓝光危害因子、节律因子、400~500 nm蓝光占比以及446~477 nm蓝光占比。结果表明：4种显示器的蓝光危害和节律效应均随色温升高而增大; 当色温为1200~6500 K时, OLED的蓝光危害因子最小; 可利用400~500 nm蓝光占比代替蓝光危害因子近似表征蓝光危害的强弱; 当色温为6500 K时, 同时考虑蓝光危害与节律效应, 4种显示器的优劣顺序依次为LED背光LCD、OLED、CCFL背光LCD、CRT。
生物光学 光生物效应 蓝光危害 节律效应 显示器 色温 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 121701
1 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室， 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所， 四川 绵阳 621900
半导体激光器光纤耦合输出系统常被用作光纤激光器的抽运源，是光纤激光器的核心器件之一。针对芯径105 μm、NA0.15的多模光纤，使用Zemax软件设计了一种基于双管的高亮度半导体激光器光纤耦合输出系统。该系统采用高精密准直技术、台阶加反射镜空间合束、偏振合束和慢轴扩束技术完成光束整形，最后使用非球面透镜聚焦耦合进芯径105 μm、NA0.15的目标光纤。结合设计，在现有实验条件的基础上进行了等效验证实验。模拟和实验均表明：该系统可将16支双管耦合进芯径105 μm、NA0.15的光纤，在注入电流为15 A时，可获得稳定输出功率154 W，亮度达25 MW/（cm2·sr）， 对应电光效率为42%。该模块工程化后可广泛应用在光纤激光器抽运及工业加工等领域。
激光器 半导体激光器 高亮度 光纤耦合 中国激光
2016, 43(10): 1001012
