School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Frontiers of Optoelectronics
2019, 12(3): 311–316
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
随着高功率半导体激光器(HPLD)在极端环境中的应用越来越广泛, 互连界面的可靠性已成为制约其性能和寿命的关键瓶颈之一。文中利用有限元方法(FEM)对传导冷却(CS)高功率半导体激光器巴条互连界面在-55～125 ℃热冲击条件下的失效行为和寿命进行了模拟与分析。基于粘塑性Anand本构模型和Darveaux能量积累理论, 对比了热冲击后界面层边缘及中心位置铟互连界面的可靠性, 发现互连界面边缘的应力最大, 达到0.042 5 GPa; 相应的边缘位置的寿命最短, 只有3 006个周期, 即边缘位置为互连界面的“最危险单元”。预测了采用铟、金锡合金和纳米银焊膏封装的半导体激光器巴条的寿命, 计算出铟、金锡合金和纳米银焊膏三种不同键合材料在边缘位置的寿命分别为3 006、4 808和4 911次循环, 表明纳米银焊膏和金锡合金在热冲击条件下具有更长的寿命, 更适合于用于极端环境的高功率半导体激光器封装。
可靠性 高功率半导体激光器 互连界面 寿命 有限元 reliability high power laser diode bonding interface lifetime finite element 红外与激光工程
2018, 47(11): 1105002
中国科学院半导体研究所 光电子器件国家工程研究中心, 北京 100083
为实现半导体激光器单管的高功率输出,研究了使用氮化铝和碳化硅两种陶瓷材料制成的三明治型过渡热沉的散热性能。首先使用有限元分析方法计算,然后利用光谱法测量激光器的工作热阻。数值计算和实验测量结果均显示,碳化硅制成的过渡热沉所封装器件的工作热阻更低,散热效果更好。此外,实验进一步测试了器件的光电特性,结果表明碳化硅陶瓷制成的过渡热沉封装器件的电光转换效率更高、输出功率更大。915 nm附近单管器件在注入电流15 A时的输出功率为16.3 W,最高电光转换效率达到了68.3%。
高功率半导体激光器 有限元分析 热阻 high-power laser diode finite element analysis thermal resistance
1 重庆大学 光电技术与系统教育部重点实验室,重庆400044
2 重庆师范大学 重庆市级高校光学工程重点实验室,重庆400047
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 mL/min时的热阻为0.289 ℃/W。
微蒸发腔 大功率激光二极管 热沉 micro-evaporation cavity high power laser diode heat sink
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳621900
就高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器提出一种新的耦合方式: 激光二极管阵列拟柱面排布, 即所有激光二极管面阵成1维圆弧型排列, 圆弧的圆心在增益介质的几何中心, 其后紧接一个空心导管进行耦合传输。建立了3维光线追迹程序对这种新耦合方式的特性进行模拟。模拟计算结果表明: 这种耦合方式中二极管阵列排布方式灵活, 当二极管阵列面阵单元以1×12(圆弧方向)、2×6(圆弧方向)、3×4(圆弧方向)这3种排布方式排布时, 在较大的圆半径变化范围内均能实现高的输出耦合效率和高的能量沉积效率; 当增益介质紧贴导管输出放置时, 3种方式排列均能在增益介质中实现均匀平顶分布; 当快轴方向所排阵列个数与慢轴方向所排阵列个数之比接近慢轴发散角与快轴发散角之比时, 能获得更好的耦合效果。
激光二极管阵列 固体激光器 端面泵浦 耦合系数 均匀泵浦 拟柱面二极管阵列 laser-diode array solid-state lasers end pumping coupling coefficient uniform pumping cylindrical high-power laser-diode 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2249
中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
理论分析了工作温度对大功率激光二极管的工作波长、电光效率和器件寿命等的影响, 采用波长补偿、高特征温度无铝材料设计外延和一体化烧焊等技术, 设计制作了808 nm准连续波(QCW)高温激光器阵列。在热沉温度70 ℃的工作条件下, 80 A单条输出功率大于65 W, 20 ℃～70 ℃范围内特征温度T0达到145 K。10叠层阵列电光效率达到53%, 工作寿命大于109次脉冲。
激光器 大功率激光二极管 高工作温度 特征温度 一体化烧焊
中国科学院上海光学精密机械研究所，上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
根据目前多数高功率半导体激光器模块只适合工作在准连续（QCW）状态下的特点，提出了利用光谱方法测量半导体激光器温升进而计算得到热阻的计算方法。该方法具有简单、直观、快捷的特点，同时避开了常规计算热阻方法要求半导体激光器工作在连续状态的局限性。其中在不同占空比、同一工作电流下得到的热阻值一致性较好，更接近文献给出的数值，具有实际应用价值。
激光器 高功率半导体激光器 准连续 热阻 峰值波长 激光与光电子学进展
2010, 47(11): 112501
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室， 北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
大功率激光二极管线阵(HPLDA)特殊的发光区结构使它具有不理想的光学特性，特别是其快轴方向高达40°的大发散角，使得传统的波前探测器很难对其进行波前探测。针对这个问题，提供了一种可对大功率激光二极管线阵进行大动态范围波前测量的新方法，可在－π/2～π/2范围内进行高精度的波前斜率测量(±1′)。通过波前斜率的测量，可得到大功率激光二极管线阵的波前复振幅，实现波前测量的目的，同时也为下一步的光束整形做好准备。
大功率激光二极管线阵 波前测量 波前斜率 复振幅
1 华工激光工程有限责任公司， 湖北 武汉 430223
2 华中科技大学， 湖北 武汉 430074
在LD端面抽运的Nd∶YVO4激光器中插入Cr4+∶YAG晶体，获得了稳定的1.06 μm波长的高重复率被动调Q脉冲激光输出。实验研究了抽运功率、腔长、输出镜透过率对输出功率的影响，以及不同抽运功率下脉冲重复频率和脉冲宽度的变化，并对结果进行了理论分析。当腔长为8 cm，抽运功率为27 W时，得到重复率37.8 kHz、平均功率3.5 W的调Q脉冲序列；单个脉冲能量为93 μJ、脉宽为24 ns、峰值功率为3.9 kW。
激光技术 大功率LD抽运 Nd∶YVO4激光器 被动调Q laser technique high power laser-diode-pump Nd:YVO4 laser passive Q-switch
吉林大学电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点实验室,吉林,长春,130023
介绍了一种大功率半导体激光器的精密模糊PID温控系统.利用半导体致冷器作为控温执行器件,构成了全固态致冷系统,并且针对TEC的驱动特性,设计了一种高精度数字PWM功率驱动器.本系统采用AT89C52单片机,利用软件实现了在线参数自整定模糊PID控制算法以及热敏电阻的非线性补偿.试验证明,温度控制精度可达±0.06℃.
激光技术 大功率激光二极管 半导体致冷器 模糊 温度控制 laser techniques high-power laser-diode thermoelectric coolers Fuzzy PID PID temperature control
