半导体激光器封装工艺过程对于激光器的输出特性、寿命等性能有重要影响,其中焊料的选择和焊接工艺是最关键的因素。采用半自动焊接系统将mini-bar芯片通过In焊料直接焊接在Cu热沉上,并通过硬件改进、软件优化、放缓成像过程等措施实现了高精度、高可靠性的焊接。通过对激光器的性能测试发现,其焊接功率稳定,焊接精度均值可达20 μm,“smile”效应值可以控制在0.5 μm。

应用ZEMAX光学设计软件对基于min-bar的半导体激光光纤耦合模块进行仿真模拟, 采用22只输出功率为60 W的mini-bar半导体激光器组成两列空间叠阵作为耦合光源, 通过准直、合束、聚焦等方法高效耦合进入芯径400 μm、数值孔径0.22的光纤, 输出功率可达1 200 W, 光纤耦合效率大于92%。

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 μm、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1.73×105 W/cm2。

基于mini-bar的光纤耦合是一种进一步提高二极管激光器光纤耦合系统出光亮度的有效方法。本文对Osram公司的一款连续60 W mini-bar的发光特性进行了实验研究，选用的mini-bar在工作电流60 A时输出功率60 W，电光转换效率最大为60%，中心波长973.7 nm，慢轴发散角为9.3°(1/e2)。分析了其慢轴准直的特性，了解慢轴准直透镜的选择原则。器件准直后的慢轴发散角为47.6 mrad。通过对光束参量积的计算了解到mini-bar的光束可以直接耦合进入600 μm的光纤，并进行了单片mini-bar的耦合实验，得到准直系统与耦合透镜组的传输效率为83%~85%，光纤的耦合效率为86%~93%，整个系统的光光效率大于72%。