陕西经济人物候选人刘兴胜的“激光创业梦”

2013-01-16 00:08

传导热沉封装半导体激光阵列光纤耦合输出

　多个传导热沉封装结构半导体激光阵列输出光束经快、慢轴准直后空间集成后直接通过聚焦耦合系统进入光纤。目前，德国DILAS公司利用该思路获得了NA=0.22，200 μm芯径光纤单模块输出200 W；400μm芯径光纤单模块输出500 W，耦合效率约为80%。该类结构模块（如图5）尽管较其他几种结构相比亮度稍低，但具有光学元件少、结构简单、寿命较长、免维护、成本低等优点。

图5 多个传导热沉封装半导体激光阵列集成模块结构

　在面向直接工业应用的高功率高光束质量半导体激光器方面，当材料加工对于半导体激光输出波长不敏感的情况下，除通过以上技术手段获得高功率高光束质量半导体激光输出外，还可通过波长合束技术与偏振合束技术，在输出光束质量不变的情况下，根据合束波长的个数而倍增输出功率。在该领域，德国的Laserline公司技术较为领先，采用微通道封装CM Bar Stack集成获得从数百瓦至万瓦级高功率、高光束质量激光加工系统: 2000 W (BPP:20 mm?mrad)，4000 W (BPP:30 mm?mrad)，10000 W (BPP:100 mm?mrad)。国内北京工业大学激光工程研究院在半导体激光快慢轴光束质量均匀化方面获得突破，采用微通道冷却封装的CM Bar Stack集成结构于2008年获得了面向工业材料加工用的千瓦级半导体激光系统，BPP小于12 mm?mrad，超过了千瓦商用全固态激光器的光束质量。

　　四、结语与展望

　随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术水平的不断提高，半导体激光器功率及光束质量飞速发展，促进了直接工业用半导体激光加工系统和高功率光纤激光器的发展。目前国际上直接工业用大功率半导体激光器在输出功率5000 W级别已超过灯抽运固体激光器的光束质量，在1000 W级别已超过全固态激光器的光束质量。随着化合物半导体技术的进步，工业用大功率半导体激光器的输出功率和光束质量将进一步提高，将进一步扩展其工业应用范围。在高功率光纤激光器抽运源方面，光纤耦合输出的功率不断上升，光纤芯径和数值孔径不断降低，导致光纤激光器的抽运亮度不断提高，同时成本却不断下降，因此未来高功率光纤激光器的输出功率与光束质量也将不断地提高。可以预计，在未来工业激光加工中，特别是在金属激光加工领域，大功率半导体激光器主要应用在激光表面处理、激光熔覆和近距离激光焊接领域，而大功率光纤激光器主要应用在光束质量要求更高的激光切割和远程激光焊接领域。