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小快轴发散角连续8KW叠阵二极管激光器研制

2013-05-31 09:21
潇纵
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  高功率连续DL bar封装技术

  通过对不同金属材料和合金焊料的分析,最后选择金属Ag作为添加剂加入In焊料中,使其形成InAg合金焊料,使芯片焊接可靠性获得较大提高。同时,为了获得小的smile效应,通过理论分析和大量工艺实验,对热沉表面状态、热沉金属化工艺、焊接力、焊接温度曲线等方面进行工艺优化改进,并对每个工艺环节进行严格的检验控制,使我们的单元DL的封装技术水平获得了较大提高,实现了单元DL bar连续100 W激光输出,寿命>5 000 h,同时封装的DL bar基本上可以控制在大于80%的产品的smile效应小于2 μm。表1是我们封装的20片叠阵与进口产品smile效应的对比测试结果。我们封装的单元DL模块的电流-激光功率-电光效率实验测试在工作电流110 A时,输出激光功率达到了106 W,电光效率为55%。

  叠阵DL精密耦合输出技术

  根据DPL激光器的设计要求,希望连续叠阵DL泵浦源快轴准直后整体输出发散角尽量小,单元DL输出激光的指向性优于±0.1°。这对DL bar焊接的smile水平,以及快轴准直透镜的指标和安装方法都提出了很高的要求。通过对快轴准直微透镜装调方法的大量实验分析研究,我们设计了较合理的叠阵DL精密装调平台。采用同时监测准直光束近场和远场像的方法进行快轴准直微透镜装调,获得了较好的装调效果。为了检验我们封装的叠阵DL快轴准直耦合输出的效果,采用相同的测试方法,对我们封装的20片叠阵DL与从国外公司进口的20片叠阵DL进行了对比测试,从测试结果可以看出,我们封装的叠阵DL快轴准直耦合输出结果与进口叠阵指标接近,实现了快轴整体发散角(1/e2)≤0.3°,单bar输出激光的指向性优于±0.1°。

  叠阵DL组装及性能测试

  由于快轴准直微透镜焦距较短,安装时透镜表面距离DL芯片只有0.09 mm,单元DL堆叠时如存在错位现象,将会影响快轴准直效果,甚至无法安装快轴准直微透镜,因此,单元DL的精密堆叠组装是实现大功率叠阵DL的精密准直耦合输出的前提。为了实现精密堆叠组装,我们设计了专门的组装夹具,采用所设计的组装方法,实现了装配误差±0.05 mm的装配精度,单列叠阵DL慢轴方向的指向性小于±0.1°,达到了叠阵DL精密准直耦合输出的装配要求。按照8 kW连续叠阵DL的设计,完成了80片连续叠阵的组装及性能测试。图1 是连续8 kW叠阵DL的电流-激光功率-电光效率实验测试结果。在工作电流110 A时,输出激光功率达到了8.2 kW,电光效率为52%,光谱中心波长为804.2 nm,谱宽(FWHM)为3.6 nm,快轴方向整体发散角(1/e2)为0.26°,快轴方向单线阵芯片输出激光的指向性小于0.1°,慢轴方向指向性也小于0.1°。

        本文来自:中国工程物理研究院

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