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浅谈高亮度系列光纤耦合半导体激光器

更新时间  2021-07-08 20:43 阅读
本文摘要:第一章光纤耦合半导体激光器因其体积小、光束质量好、寿命长、性能稳定等优点而被广泛应用于各个领域。它们主要用作光纤激光器和液体激光器的泵浦源,也可用于激光医疗和材料处理,如熔覆和焊接。不受光纤激光器向高功率发展趋势的影响,半导体激光器也在向高功率、高亮度发展。高亮度半导体激光器具有较高的光功率密度,因此合束器的组合在一定程度上成为高功率光纤激光器的理想泵浦源。 目前,光纤耦合半导体激光器的结构主要包括单管耦合激光器、多管耦合激光器、微棒和棒棒/叠层阵列系列。

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第一章光纤耦合半导体激光器因其体积小、光束质量好、寿命长、性能稳定等优点而被广泛应用于各个领域。它们主要用作光纤激光器和液体激光器的泵浦源,也可用于激光医疗和材料处理,如熔覆和焊接。不受光纤激光器向高功率发展趋势的影响,半导体激光器也在向高功率、高亮度发展。高亮度半导体激光器具有较高的光功率密度,因此合束器的组合在一定程度上成为高功率光纤激光器的理想泵浦源。

目前,光纤耦合半导体激光器的结构主要包括单管耦合激光器、多管耦合激光器、微棒和棒棒/叠层阵列系列。多管耦合激光器以其高可靠性成为光纤激光器的主流泵浦源之一。本文主要阐述了利用多管光纤耦合技术构建高亮度半导体激光器的技术和结构。

2多单管结构多单管结构是将多通道半导体激光器接收到的光束整形、重排和组合,然后耦合到单根光纤中,从而提高激光器的输出功率。由于共存的半导体激光器芯片必须安装在一定尺寸的散热器上,如果需要对多个半导体激光器的输入光束进行分类并讨论耦合,一般来说,由于每个芯片及其散热器体积的公差,分束体积较小,难以获得小芯径、高亮度的光纤耦合输入。为了增加分束器的空间体积,必须采取一些措施。因此,Keplin自主研发的多单管耦合结构采用了阶梯式散热器、讨论透镜、耦合光纤和独特的安装方式。

光路设计修改了结构的复杂性,增加了元器件的体积,大大提高了半导体激光器的输入功率,保证了耦合点的合理工作温度,如图1右图所示。可以在多管耦合前对共存的半导体激光器芯片进行老化测试,从而保证多管耦合后的可靠性。单管的随机失效特性与国家无关。与钢筋和砌体阵列相比,单管的更换也降低了其耐久性,具有较高的成本优势。

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3光纤耦合可以减少同时耦合的单管半导体激光器的数量,以确保更高的输出功率,从而建立高亮度和高功率输入,但是将组合激光束耦合到单根光纤中必须满足三个条件:第一,光斑仅次于光纤的直径;第二,光束的会聚角大于光纤数值孔径对应的角度;第三,激光慢轴和快轴的光束参数乘积(BPP,光束裙半径和会聚角半角的乘积)大于光纤光束参数乘积。也就是说,在实际应用中,只有光纤中心的正方形区域才是可用区域,如图2右图所示,耦合光束的横截面如图3所示,光纤耦合时的可用区域如图3所示。

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对于芯径为200m、数值孔径为0.22的光纤,其BPP值为22mmmad,可耦合半导体激光束的最大BPP值为:以9xxnm半导体激光器单片输入的激光束数据为例,快轴裙的直径。慢轴裙的直径为1.5m,会聚角为39(99%),光束的参量乘积约为0.51mmmrad根据软件建模,理论上28束激光可以耦合在一根200m/0.22NA的光纤中。目前,经过多年的技术积累,Keplin 9xxnm高亮度光纤耦合半导体激光器中耦合共存半导体激光器的最小数量平均为20个。

结论与未来发展本文阐述了一种多管耦合结构和构造高亮度激光输入的计算方法。在高亮度半导体激光器领域,多管光纤耦合技术广泛应用于9xxnm、793nm、808nm等波长激光器,作为掺镱光纤激光器、掺铥光纤激光器和掺钕液体激光器的泵浦源。不同功率水平的10W-200W光纤激光器可应用于各种工作模式和功率抑制。

未来,Keplin将通过减少偏振合束和多波长合束,打造亮度更高的光纤耦合半导体激光器,为大功率光纤激光器用户获得更好的产品和服务。


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