33W半導(dǎo)體激光器列陣光纖耦合模塊

2010年1月,西安炬光科技有限公司在國內(nèi)首次推出連續(xù)半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊fc(fibercoupled)系列產(chǎn)品。這是一款融合了炬光科技多項創(chuàng)

利用階梯反射鏡整形技術(shù)分別對兩個功率為40w的半導(dǎo)體激光器光束進行鏡面分割,旋轉(zhuǎn)重排后使用偏振分光棱鏡(pbs)進行合束,最后得到功率為55.8w、耦合效率約為70%的半導(dǎo)體激光列陣(lda)單光纖耦合模塊,光纖芯徑為φ400μm,數(shù)值孔徑(na)為0.22。經(jīng)過連續(xù)100h的正?？綑C后,功率穩(wěn)定。

光纖耦合輸出的高功率激光二極管模塊具有體積小、光束質(zhì)量好、亮度高等特點,在泵浦光纖激光器、材料處理、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。為了進一步提高光纖耦合激光二極管模塊的輸出功率,提出了基于多只激光二極管串聯(lián)的光纖耦合方法。這種方法具有耦合效率高、光學(xué)元件加工簡單等特點。利用兩組反射鏡,將多只高功率激光二極管輸出光束經(jīng)準(zhǔn)直、復(fù)合、聚焦,耦合進光纖輸出,根據(jù)激光二極管和光纖的相關(guān)參數(shù)設(shè)計了聚焦透鏡。利用特殊加工的aln材料作為過渡熱沉解決了激光二極管的導(dǎo)熱和相互之間的絕緣問題。采用這種方法將4只輸出波長為980nm的高功率激光二極管輸出光束耦合進數(shù)值孔徑0.22、芯徑100μm的多模光纖中,當(dāng)工作電流為4.0a時,光纖連續(xù)輸出功率為11.6w,耦合效率大于79%。

根據(jù)808nm大功率半導(dǎo)體激光列陣(lda)的遠(yuǎn)場光場的分布特點,利用多模光纖柱透鏡和光束轉(zhuǎn)換裝置對808nm半導(dǎo)體激光列陣的發(fā)散角進行壓縮整形,通過聚焦準(zhǔn)直透鏡將激光束耦合進入芯徑為400μm的光纖,實現(xiàn)了30w的功率輸出,其中最大耦合效率大于80%,光纖的數(shù)值孔徑(na)為0.22。通過分析其輸出光斑和輸出曲線,表明lda與光纖耦合系統(tǒng)不僅從各個方向同時壓縮了激光束的發(fā)散角,有效地實現(xiàn)了對激光束的整形、壓縮,而且性能穩(wěn)定,可靠實用。

隨著半導(dǎo)體激光光源在激光加工領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴展,以激光二極管陣列制成的光纖耦合模塊由于存在耦合效率低的缺點,已不能滿足激光加工低成本的需求,因此研制高耦合效率的半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊變得十分重要。本文將8只波長為808nm、輸出功率為5w的單管半導(dǎo)體激光器通過合束技術(shù)耦合進光纖,制備了一種高效率的半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊。光纖芯徑為200μm、數(shù)值孔徑(na)為0.22,光纖輸出功率為33.2w,耦合效率超過83%,這種高效率半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊,可用于激光打標(biāo)、塑料加工等領(lǐng)域。

文章從高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊的組成和各個部分的機理出發(fā),詳細(xì)分析了影響其可靠性的因素,主要有以下三個方面:激光器自身的因素、耦合封裝工藝和電學(xué)因素。通過優(yōu)化原有工藝與采用新技術(shù),提高了模塊的可靠性,拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。

基于光學(xué)設(shè)計軟件zemax純非序列,設(shè)計了一種半導(dǎo)體激光器與單模光纖的高耦合效率系統(tǒng).設(shè)計過程中考慮了激光器發(fā)光面的大小,而不是將其看做點光源;在現(xiàn)有的非球面鏡透鏡單模光纖耦合系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行了改進,通過百萬次光線追跡,測得所設(shè)計系統(tǒng)的耦合效率大于54%.用zemax和origin軟件分析了單模光纖與耦合系統(tǒng)對接出現(xiàn)誤差情況下對耦合效率的影響,分別給出了各種對接誤差情況下的耦合效率變化曲線,為耦合系統(tǒng)的工程安裝提供理論分析和技術(shù)支持.

建立了半導(dǎo)體激光器與單模光纖通過球透鏡耦合的光傳輸模型,對雙異質(zhì)結(jié)激光器光束特性進行了分析。基于huygens-fresnel原理計算了激光光束遠(yuǎn)場發(fā)散角以及光束束腰半徑。運用高斯光束與單模光纖耦合理論以及abcd矩陣?yán)碚撨M行了激光器與單模光纖的球透鏡耦合效率分析,給出了最優(yōu)化的耦合封裝工藝參數(shù),以及各個影響耦合效率的參數(shù)容忍度,對半導(dǎo)體激光器與單模光纖的球透鏡耦合封裝具有重要意義。

文中提出了一種實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器和多模光纖耦合的實用化方法。用一段直徑為600μm的裸石英光纖代替柱透鏡對半導(dǎo)體激光器輸出光束進行準(zhǔn)直整形;用半球端光纖對光束進行聚焦后直接實現(xiàn)和光纖耦合,來代替聚焦透鏡和光纖耦合的環(huán)節(jié)。研究表明:采用該方法耦合效率在80.0%左右,同時最大程度解決了使用柱透鏡和聚焦透鏡的組合透鏡耦合系統(tǒng)時存在的調(diào)試與封裝困難的問題,且工藝穩(wěn)定,因而有著廣泛的應(yīng)用前景。

為了實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器與單模光纖快速精確耦合對準(zhǔn),需分析對準(zhǔn)平臺的擾動特性.首先,基于半導(dǎo)體激光器與單模光纖的對準(zhǔn)誤差,構(gòu)建了五維對準(zhǔn)平臺.然后,針對半導(dǎo)體激光器與單模光纖對準(zhǔn)過程中運動誤差的隨機性問題,運用多體系統(tǒng)理論,建立了對準(zhǔn)平臺的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型,并分析了其運動過程中的位姿,得到了半導(dǎo)體激光器末端點運動誤差模型.最后,利用montecarlo方法,結(jié)合該運動誤差模型,對運動誤差進行了概率分析.結(jié)果表明:在不考慮靜止誤差的情況下,半導(dǎo)體激光器末端點的位置在x、y和z三個方向的運動誤差近似為中間高兩邊低的對稱分布.此分析可為對準(zhǔn)過程中運動誤差補償提供數(shù)據(jù)參考.

根據(jù)雙光纖bragg光柵(fbg)外腔半導(dǎo)體激光器相干失效的物理過程,運用速率方程和雙fbg耦合模理論,分析了雙fbg外腔半導(dǎo)體激光器相干失效產(chǎn)生和控制的條件,提出了實現(xiàn)和控制雙fbg外腔半導(dǎo)體激光器相干失效多模穩(wěn)定工作的方法.雙fbg外腔半導(dǎo)體激光器在相干失效下具有多模的穩(wěn)定工作狀態(tài),相干失效長度縮短,相干失效長度內(nèi)光譜穩(wěn)定.實驗測量結(jié)果表明,外腔反射率為3%時,從非相干失效狀態(tài)到相干失效狀態(tài),半峰值全寬度從0.5nm突然展寬到0.9nm.在相干失效狀態(tài)下,功率穩(wěn)定,邊模抑制比大于45db,在0℃~c一70℃工作溫度范圍內(nèi)峰值波長漂移小于0.5nm,最小相干失效長度小于0.5m.雙fbg外腔半導(dǎo)體激光器相干失效的應(yīng)用對提高光纖放大器和光纖激光器的性能具有重要意義.

采用射線法,計算增益隨波長的變化,推導(dǎo)出光纖光柵外腔半導(dǎo)體激光器(fgesl)輸出譜的表達式.結(jié)合載流子速率方程,對外腔半導(dǎo)體激光器輸出譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬研究.結(jié)果表明:光纖光柵外腔的輸出譜在反射帶寬內(nèi)呈現(xiàn)出多峰結(jié)構(gòu),隨著前端面反射率減小和耦合效率增加,輸出譜相應(yīng)地變得比較穩(wěn)定.

設(shè)計一種用于半導(dǎo)體激光器(sl)工作溫度調(diào)節(jié)控制模塊,通過采用雙溫度測試、內(nèi)嵌8位微控制器(mcu)、256級電流輸出等,實現(xiàn)了智能化、小型化,具有溫度穩(wěn)定性高、成本低等特點?；谙到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖對各部分組成、工作原理和軟件實現(xiàn)進行了分析。測試結(jié)果表明本模塊也適用于其它類型半導(dǎo)體器件的工作溫度控制。

光纖通信實驗報告 1 半導(dǎo)體激光器p-i特性測試實驗 實驗室名稱：光纖通信實驗室實驗日期：2011年04月26日 學(xué)院 信息科學(xué)與工 程學(xué)院 專業(yè)、班級 電子信息工 程0802 姓名黃俊 實驗名稱半導(dǎo)體激光器p-i特性測試實驗 指導(dǎo) 教師 王瑋 教師評語 教師簽名： 年月日 實驗?zāi)康模?⒈學(xué)習(xí)半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理 ⒉了解半導(dǎo)體激光器平均輸出光功率與注入驅(qū)動電流的關(guān)系 ⒊掌握半導(dǎo)體激光器p（平均發(fā)送光功率）-i（注入電流）曲線的測試方法 實驗內(nèi)容： ⒈測量半導(dǎo)體激光器輸出功率和注入電流，并畫出p-i關(guān)系曲線。 ⒉根據(jù)p-i特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閾值電流。 實驗器材： ⒈光纖通信原理實驗箱1臺 ⒉光功率計1臺 ⒊fc/pc-fc/pc單模光跳線1根 ⒋萬用表1臺 ⒌

采用梯度折射率光纖透鏡耦合法實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器到單模光纖的高效率耦合,并在這一系統(tǒng)基礎(chǔ)上完善了半導(dǎo)體激光器全光纖耦合的abcd矩陣?yán)碚?。實驗?利用梯度折射率光纖的聚焦特性,選取合適的長度,實現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器到單模光纖的高效率耦合,最大耦合效率達80.5%。此全光纖耦合方式具有體積小、制作簡單、成本低等優(yōu)點,對低成本、實用化的尾纖輸出半導(dǎo)體激光器的實現(xiàn)具有重要的意義。

為降低半導(dǎo)體激光主動照明紅曝,選擇波長880nm大功率半導(dǎo)體激光器作為新型激光主動照明成像系統(tǒng)光源。根據(jù)光纖耦合過程光參數(shù)積不變原理,研制出波長880nm大功率半導(dǎo)體激光器陣列單光纖耦合模塊,利用光纖勻光作用使激光光束勻化整圓后用于激光主動照明。首次在波長880nm大功率半導(dǎo)體激光器上采用階梯反射鏡光束整形方法,使激光光參數(shù)積與光纖匹配,激光高效耦合進入纖芯400μm、數(shù)值孔徑0.22的光纖。室溫條件下光纖耦合模塊連續(xù)輸出功率44.9w,電光轉(zhuǎn)化效率35%,波長880nm大功率半導(dǎo)體激光器陣列光纖耦合模塊,不僅其紅曝小而且對應(yīng)cmos圖像傳感器光譜響應(yīng)度較高,系統(tǒng)成像質(zhì)量好。

半導(dǎo)體激光器輸出特性的影響因素 半導(dǎo)體激光器是一類非常重要的激光器，在光通信、光存儲等很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng) 用。下面我將探討半導(dǎo)體激光器的波長、光譜、光功率、激光束的空間分布等四個方面的 輸出特性，并分析影響這些輸出特性的主要因素。 1．波長 半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長是由導(dǎo)帶的電子躍遷到價帶時所釋放出的能量決定的，這個能 量近似等于禁帶寬度eg(ev)。 hf=eg f(hz)和λ(μm)分別為發(fā)射光的頻率和波長 且c=3×108m/s，h=6.628×10-34j·s，lev=1.60×10-19j 得 決定半導(dǎo)體激光器輸出光波長的主要因素是半導(dǎo)體材料和溫度。 不同半導(dǎo)體材料有不同的禁帶寬度eg，因而有不同的發(fā)射波長λ：gaalas-gaas材料 適用于0.85μm波段，ingaasp-inp材料適用于1.3~1.55μm波段。

采用一種階梯排列結(jié)構(gòu)的單管激光器合束技術(shù)制成了高亮度半導(dǎo)體激光器光纖耦合模塊,可用于泵浦摻y(tǒng)b3+大模場雙包層光纖激光器。利用微透鏡組對各單管半導(dǎo)體激光器進行快慢軸準(zhǔn)直,在快軸方向?qū)崿F(xiàn)光束疊加,然后通過兩組消球差設(shè)計的柱面透鏡組分別對合成光束快慢軸方向進行聚焦,耦合進入光纖。實驗中將6只輸出功率為6w的976nm單管半導(dǎo)體激光器輸出光束耦合進芯徑為105μm、數(shù)值孔徑為0.15的光纖中,當(dāng)工作電流為6.2a時,光纖輸出功率達29.0w,光纖耦合效率達到80.1%,亮度超過4.74mw/cm2-str。

針對808nm大功率gaas/gaalas半導(dǎo)體量子阱激光器的遠(yuǎn)場光場分布特點,提出了與多模光纖耦合時對耦合光學(xué)系統(tǒng)的特殊要求,并根據(jù)低成本、實用化的要求設(shè)計制作了專用的耦合光學(xué)系統(tǒng),對耦合光學(xué)系統(tǒng)的實際性能進行了測試,給出了耦合效率統(tǒng)計分布圖、耦合偏差曲線和高低溫可靠性實驗結(jié)果.用設(shè)計制作出的實用化耦合光學(xué)系統(tǒng)完成了輸出功率15—30w,光纖束數(shù)值孔徑為0.11—0.22的半導(dǎo)體激光光纖耦合模塊,模塊的使用結(jié)果表明耦合光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、實用

半導(dǎo)體激光器溫度模糊控制的dsp實現(xiàn)——文章針對半導(dǎo)體激光器對溫度穩(wěn)定性的要求，采用fuzzy-pid算法，設(shè)計了基于tms320f2812的半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng)，并給出了軟件流程。在實驗室環(huán)境下，采用載波頻率為50khz的pwm控制，系統(tǒng)在2分鐘內(nèi)成功將半導(dǎo)體激光器的...

為了實現(xiàn)基于光頻調(diào)制相位生成載波解調(diào)的干涉型光纖傳感系統(tǒng),需要對激光光源的頻率進行調(diào)制。首先,文章根據(jù)直接電流調(diào)制原理設(shè)計并開發(fā)了一種半導(dǎo)體激光器光頻調(diào)制驅(qū)動電源,主要由精密基準(zhǔn)電壓源、內(nèi)部信號發(fā)生器、加法器、恒流源(電壓電流轉(zhuǎn)換、電流放大和電壓負(fù)反饋)、慢啟動電路、紋波抑制電路和過流保護電路等基本單元組成。接著,建立了測試調(diào)制特性和驗證光頻調(diào)制的實驗系統(tǒng)對半導(dǎo)體激光器光頻調(diào)制驅(qū)動電源進行實驗驗證。實驗結(jié)果表明,文章設(shè)計并開發(fā)的半導(dǎo)體激光器光頻調(diào)制驅(qū)動電源不僅能調(diào)制正弦波和三角波等波形,而且驅(qū)動電流連續(xù)可調(diào),非線性失真系數(shù)僅為0.009%。同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動電流穩(wěn)定、防浪涌擊穿、防過載損壞和防靜電擊穿等優(yōu)點。文章的研究工作為基于pgc解調(diào)的干涉型光纖傳感系統(tǒng)的工程化開發(fā)與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

半導(dǎo)體激光器的精密溫控系統(tǒng)設(shè)計——文章介紹了一種大功率半導(dǎo)體激光器的精密fuzzy+pi溫控系統(tǒng)的設(shè)計，利用半導(dǎo)體制冷器對大功率半導(dǎo)體激光器進行精密溫控，控制精度高、振蕩?。辉诔Ｒ?guī)模糊pid控制器的基礎(chǔ)上，通過增加模糊控制規(guī)則，從而構(gòu)成變積分系數(shù)的模糊...