1962年,研究人员R。N。Hall开发了低温脉冲工作的Ga As同质结激光器,该技术的理论分析可用于了解半导体激光器在行业中的机动性,由于这种激光器只能在液氮制冷的低温下工作,使用实用性较低,在当时很难被广泛使用。针对此方面的缺陷,研究人员已开始研究可以满足环境要求,在室温下正常工作的激光器。1963年,通过多年的研究与实验,异质结的半导体激光器的概念被研究学者H。Kroemer克罗默首次提出,随着异质结材料生长工艺的技术进步,最终在1970年实现了在室温下持续工作的半导体激光器,并且通过进一步改进实现了各种激光器100摄氏度的温度下继续工作,标志着半导体激光器的研究设计逐渐完善。79105

从半导体激光器的内部结构,分析了半导体激光器的发展过程,半导体激光器的发展过程由同质结、单异质结、双异质结等多阶段组成。半导体激光器的性能在科技不断地发展中得到显著提高。在室温条件改善的角度,打破了原始半导体激光器在低温条件下的局限,并且得到进一步优化,使其能够在100℃的高温下正常运行;从出光功率方面比较,出光功率较明显增大,衡量单位已由原来的mW量级突破到KW量级;就模式输出而言,不局限于多模输出的模式,达到单模输出的技术要求。以上所述体现了当前各大行业所广泛使用的各种激光器是由实验室理论出发,经过一步步探索和研发设计,最终形成完善的半导体激光体系。论文网

1国内半导体激光器的发展

(1)2015年,国内首台5kW级光纤耦合半导体激光器,经多次调试与改进,已成功被北京工业大学激光工程研究所研发成功[1]。该产品采用的光纤耦合系统由北京工业大学自主设计与研发,半导体激光器光纤耦合实现了5109W的输出功率,800μm的光纤芯径,0。2的数值孔径,整个光学系统的效率是77%,和整体光电转换效率达到49。48%。在金属表面重熔、合金化、覆盖层和焊接激光加工领域得到广泛应用。该半导体激光器是国内首次自主设计研发的半导体激光器阵列,除了所有的芯片定位外,实现了高功率半导体激光器阵列在大功率、散热、方向性、封装等核心技术上的突破,打破了国外在激光高端产品领域的垄断。

 5kW级光纤耦合半导体激光器

(2)2016年,北京凯普林光电有限公司实现了976nm/100W 波长稳定的高功率高亮度半导体激光器的研发与制造[2]。在光耦合方面,该产品的设计通过将多管耦合到105μm / 0。15 NA的纤芯中的思路,在此基础上进行,优化光学设计,最终功率输出达到了≥100W。此外,体光栅锁波技术的使用,使中心波长在976±0。5 nm范围内得到控制,光谱半高全宽<1nm,同时,稳定的波长 窄线宽输出可以在宽功率范围内(或温度范围)实现。为确保产品的稳定性和可靠性。凯普林光电在光纤耦合和封装技术方面积累了十多年的经验,严把质量关,提供更高亮度、更高功率的泵源供大功率光纤激光器、远红外光纤激光器、超高速激光和其他应用的产品可选择。

2凯普林光纤耦合激光器

2国外半导体激光器的发展

(1)2015年,德国DILAS半导体激光有限公司,在单管式激光耦合半导体激光模块输出功率的基础上,将推出一项性能更优越的新产品[2]。此款产品为操作波长在976nm的激光模块,输出功率的可选择范围在50 W - 90 W,使用芯径为106。5um,采用光纤的数值孔径为0。22,输出功率分别达到40W和80 W时,得到稳定的波长(<1nm宽)。

 DILAS光纤耦合器

(2)2015年,德国LIMO公司已形成完整的高功率半导体激光产品系统,绝大多数的塑料焊接波长已被该系统所涵盖,功率输出范围包括了从W到kW之间量级的跨越,光纤纤芯直径有三种选择,100um,200um,400um可选[5]。LIMO公司的高功率半导体激光系统采用24V接口控制,集成工业水冷器,电源和控制器一体化设置,激光器和冷却系统均在此系统标准机箱外壳内,为OEM集成商提供最简洁的组装模式,运行稳定,可靠性高的组装模型。

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