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大功率半导体激光器研发历程及现状分析

  三、大功率高光束质量半导体激光器发展现状

     半导体激光器件功率的增大与发散角的降低促进了大功率半导体激光器光束质量的迅速提高,直接体现在光纤激光器抽运源用单波长、光纤耦合输出半导体激光模块尾纤直径的减小以及出纤功率的不断增大。目前,该类单波长光纤耦合输出半导体激光模块根据其内部采用的半导体激光器件类型及其封装形式不同可分为以下几种具体形式。

  半导体激光单元器件集成光纤耦合输出

     在出纤功率要求不高的情况下,利用单管半导体激光器件可直接耦合进入光纤获得激光输出(如图1),该结构具有体积小、成本低、寿命长、技术成熟等优点,目前国外多家半导体激光器供应商均达到8~10W/module水平。该领域国内以北京凯普林光电技术公司较为领先,单模块出纤功率与国外水平基本相当。

单个单元器件直接光纤耦合输出模块

图1  单个单元器件直接光纤耦合输出模块

     在出纤功率要求较高的情况下,利用多个经快轴准直镜(FAC)准直的单元器件所发出的光束,在快轴方向上紧密排列,经偏振合束,然后聚焦耦合进光纤。2009年,美国Nlight公司利用该结构集成14个单元器件获得了NA=0.15,105 μm芯径光纤单模块输出100 W(如图2),耦合效率71%。该类结构模块具有体积小、亮度高、寿命长等优点,但内部光学元件多,装调难度大,成本高。

多个单管半导体激光器件集成光纤耦合输出模块光路结构

图2  多个单管半导体激光器件集成光纤耦合输出模块光路结构

  半导体激光短阵列器件集成光纤耦合输出

     利用多个经快轴准直镜准直后的短阵列器件所发出的光束,在快轴方向上紧密排列,经偏振合束,然后聚焦耦合进光纤。2007年,德国DILAS公司利用该结构(如图3)获得了NA=0.22,200 μm芯径光纤单模块输出500 W,耦合效率83%。该结构模块亮度高,寿命长,但光学元件多,装调集成难度大,成本高。

多个短阵列器件集成光纤耦合输出模块结构

图3  多个短阵列器件集成光纤耦合输出模块结构

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