大功率光纤激光器_大功率半导体激光器阵列

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1 引言

大功率半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、功率大、高效率等诸多优点，在国民经济的许多领域有重要应用。它已成为工业、军事国防等行业的固体激光器必需的泵浦光源，广泛应用于激光测距、核爆模拟、激光雷达传输、材料加工、微处理、热处理、打标定位等。大功率激光器还在医学上得到广泛应用，如手术治疗肿瘤、皮肤治疗、牙科治疗、光镇痛和光针灸、光学层析造影（OCT）等。

2 发展现状

半导体大功率激光器阵列的发展越来越快。其峰值功率不断上升，连续状态的激光器产品，线阵列的输出功率也已达到了50W [1]，国外已出现有连续工作线阵列输出功率达到198W的报道 [2]。工作于准连续状态的激光器产品，占空比2℅的线阵列输出功率达100W，最高的研究报道已达到200W 以上[3]。占空比已做到20℅，其输出功率可以做到70W。在转换效率上，已经有了电光转换效率达到60%以上 [2]，工作寿命达到20000小时的报道。并且，器件可以在更高的温度下工作，而功率、波长等参数不发生严重的变化。Coherent公司的商用化产品具有很高的性能指标，表1和表2 [1]分别给出了该公司器件的工作性能指标。

5研究发展方向

在现有热模型的指导下，各国的激光器专家相继提出了多种新型的材料、芯片版图结构、载体的材料、几何尺寸和制冷器以及激光器阵列封装的新颖技术。并且，对各工艺过程中的每一个步骤精确控制，尤其是金属化、焊料的选择和烧结工艺，力求激光器阵列有更高的量子效率，低的阈值电流、热阻，解决大功率激光器阵列的热问题。同时，专家们也在致力于大功率激光器的光学灾变（COD）问题的研究。以上两个问题对于高占空比和连续工作的大功率半导体激光器来说，尤为严重，已成为光电子行业研究的热门方向。

就大功率激光器的发展趋势来看，主要表现在以下几个方面[3]。

（1）芯片材料多样化：被命名为“能带工程”的超晶格材料的研究与生长，正以“全新的革命者”身份改变着半导体行业的发展。超晶格匹配的应变量子阱材料，诸如InGaAs-AlGaAs、AlInGaAs-AlGaAs，长波长材料如GaInAsP-InP、可见光材料InP-AlGaIn以及现在很受欢迎的无铝半导体材料都已渐渐为人们所看好；

（2）激射波长覆盖范围增大：从主要用于固体激光器泵浦的红外光780～980nm延伸到了可见光范围630～680nm。这样，大功率激光器有望广泛用于通信、医疗、信息处理；

（3）用于DPSSL系统中的激光器向着更高的功率、占空比发展，工作寿命更长，可靠性更高。在转换效率、工作寿命和工作温度上有大幅度提高；

（4）工艺制作过程更加成熟、高效，芯片质量越来越高；

（5）激光器阵列的封装技术向标准化和经济化方向发展，以适合型号众多，应用广泛的各种大功率激光器。同时，各种新颖高效的致冷散热设备迅速发展。

参考文献：

[1] http//: .

[2] HE X， OVTCHINNIKOV A. Efficient high power reliable InGaAs/AlGaAs(940nm) monolithic laser diode arrays . E L , 1999,35:1739.

[3] ENDRIZ J G，Vakili M. High power diode laser arrays. J Q E, 1992,28:952.

[4] ROBERT V. Steele Review and forcast of the laser markets partⅡ:diode laser. Laser focus world,2002,2.

[5] BEZOTOSNYI V, KUMYKOV K. Modelling of the thermal parameters of high-power linear laser-diode arrays. two-dimentional transient model. Q E , 1998,28:217.

[6] PUCHERT R，BARWOLLF A. Influence of the mounting configuration on the transient thermal behavior of high power laser diode arrays. Electronic components and technology coference , 1997, 1254.

[7] PUCHERT R，BARWOLLF A, MENZEL V. Facet and bulk heating of GaAs/ AlGaAs high power laser arrays studied in spatially resolved emission and mioro-Raman experiments. J A P, 1996,80:5559.

[8]金菊其.大功率半导体激光器的阵列化技术[J].激光与光电子学进展, 2001,8:31.

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