808nm準連續(xù)波（QCW）激光二極管陣列（LDAs）在醫(yī)學、科學研究、國防以及固態(tài)激光泵浦、印刷等領域具備廣泛應用。因此，關于此類產(chǎn)品的設計及升級已成為當前關注的焦點。借助緊湊的結構設計和每個巴條獨立的光學整形，我們成功實現(xiàn)了高功率、高功率密度、較窄的光譜寬度、卓越的均勻性和一致的脈沖激光輸出。整個產(chǎn)品系列，包括G-stack和C-stack，均可根據(jù)客戶需求定制頻率、巴條的數(shù)量和類型、輸出功率、波長范圍、整體尺寸和光束形貌。此類產(chǎn)品采用可靠的金錫封裝，確保激光系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在占空比為20%的工作條件下，這些產(chǎn)品仍能保持可靠運行。本文主要采用三明治結構作為封裝的基礎元件。8個間距為1.7毫米的三明治結構垂直排列成一個單元，使用3個單元垂直排布，構成一個3×8的24巴陣列。在3%的占空條件下，通過巴條的選擇，輸出波長控制在808nm±1nm范圍內(nèi)，半高全寬（FWHM）小于3.5nm，峰值功率超過11 kW。此外，該設計具有出色的可靠性，累積可靠性測試數(shù)據(jù)超過7000小時，適應各種應用場景。在光學方面，可以通過光纖或者非球面鏡對每個巴條的快軸進行準直，實現(xiàn)了95%的光束均勻性。這種高功率、高均勻性巴條陣列產(chǎn)品在科學研究領域具有重要作用，均勻的激光輸出在晶體吸收和泵浦效率方面具有顯著優(yōu)勢。此外，此類設計在脫毛領域亦具有巨大潛力與優(yōu)勢，隨著激光脫毛需求不斷增加且廣泛接受，其應用前景廣闊。高功率半導體激光器在諸多領域展現(xiàn)出廣泛的應用前景。在工業(yè)領域，其卓越的性能得到了廣泛認可；醫(yī)學美學領域可以實現(xiàn)激光脫毛、嫩膚等治療。此外，其在固態(tài)激光泵浦、激光退火、打印等場景中也發(fā)揮著關鍵作用?？傊吖β拾雽w激光器在各個領域中的應用極具價值，為各類場景提供了高效、可靠的解決方案。近年來，激光二極管陣列憑借其廣泛的波長范圍和高轉換效率，迅速在醫(yī)療美學市場占據(jù)一席之地，成為主流脫毛設備的光源。值得注意的是，可見光和1μm以上的激光器由于單點芯片功率低，巴條疊陣類產(chǎn)品在醫(yī)療市場也同時占據(jù)了主要地位。此外，因其高峰值功率、體積小、重量輕、發(fā)光均勻性可調控，光斑尺寸可定制，逐漸代替光纖輸出類激光光源應用科學研究、軍事安防等重要領域。各種應用場景往往對半導體激光器提出小型化、輕量化的要求。為實現(xiàn)激光系統(tǒng)整體能耗、體積和重量的降低，最切實有效的技術途徑包括提升電光轉換效率、優(yōu)化封裝結構以及改進散熱。本篇著重闡述了一種脈沖半導體激光器巴條疊陣產(chǎn)品，其具備高均勻性、功率、可靠性和結構緊湊的特點，充分滿足應用需求。本文主要闡述了一種由24個巴條組成的高功率、高均勻性的疊陣產(chǎn)品。8個巴條為一個單元，封裝成三明治結構（SBS）。SBS的設計理念是將一個巴條連接在兩個銅鎢散熱器之間，形成一種三明治式的結構。值得注意的是，鎢銅的熱膨脹系數(shù)與砷化鎵激光棒具有極高的匹配度，且具有較大的熱導熱系數(shù)。八個SBS單元通過軟焊錫合金固定在氮化鋁陶瓷散熱器上。1.7毫米的巴條間距構成了標準結構，三個小單元均勻間隔，形成一種垂直堆疊的結構。這種結構安裝在宏觀通道水冷底座上，有助于通過疊陣的背板進行散熱。對8個巴條小單元的測試顯示，波長一致性在±1nm內(nèi)，功率分布一致，證明了封裝一致性良好。然后，用光纖作為快軸準直鏡，實現(xiàn)中心能量均勻性95%，輸出功率超過11000W。本論文探討的宏觀通道產(chǎn)品可進行定制化，其間距可從0.4mm至1.7mm進行調整，實現(xiàn)產(chǎn)品微型化、緊湊尺寸及高輸出功率，旨在滿足各類應用場景。考慮成本和尺寸等因素，光纖被用于快軸準直鏡。為實現(xiàn)一定距離下光斑分布的均勻性需求，采用了離焦方案，模擬結果如圖1所示。光纖在焦點和離焦狀態(tài)下的準直效果。如圖2所示，針對不同快軸角度進行模擬以實現(xiàn)光斑均勻。經(jīng)分析，快軸半角為20°的時候，所產(chǎn)生的光斑均勻性符合規(guī)格要求。在本研究中，我們選取了腔長為1.5mm、快軸半角為20°、填充系數(shù)為75%的巴條。如圖1所示，我們采用8巴結構封裝了8根1.5mm的808nm巴條，巴條與巴條之間的間距為1.7mm。為了確保焊接質量和一致性，多個8巴堆棧單元（如圖3所示）在400A、3%占空比和20℃的條件下進行了測試和老化。測試數(shù)據(jù)如圖4所示，整體波長數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布。在400A電流下，8巴單元的輸出功率超過3800W，如圖5所示。此外，8巴單位在60攝氏度的加速老化100小時后，表現(xiàn)正常，如圖6所示。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，將三個8巴單元封裝于一個宏觀通道底座上，進行整體性能測試，輸出功率達到11592W，測試結果如圖7所示。利用光纖進行快速軸離焦準直（參見圖8中的產(chǎn)品圖像），整個過程的損耗低于2%，輸出功率達到11360W以上（如圖9所示）。光斑均勻度達到95%（如圖10所示）。圖9 快軸整形后24巴產(chǎn)品PIV測試曲線上述產(chǎn)品進行了超過7000小時的長期老化，表現(xiàn)正常，如圖11所示。伴隨著科學技術、醫(yī)療技術以及工業(yè)加工領域的持續(xù)發(fā)展，大功率激光巴條疊陣的需求正逐步升級并呈現(xiàn)多樣化趨勢，如脫毛、退火以及固態(tài)側泵等。通過調整定制參數(shù)，如功率、斑點均勻性、波長以及譜寬等，以滿足各類應用需求。本文所闡述的產(chǎn)品，具備輸出峰值功率超過11KW、波長精度控制在±0.5nm以內(nèi)、均勻性達到95%的優(yōu)異性能。該產(chǎn)品經(jīng)過超7000小時的連續(xù)壽命測試，展現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，可以滿足各類應用場景的需求。此外，通過模塊化組合設計，該產(chǎn)品還能實現(xiàn)更高的峰值功率，從而適應各種類型的應用場景。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
