808nm準(zhǔn)連續(xù)波（QCW）激光二極管陣列（LDAs）在醫(yī)學(xué)、科學(xué)研究、國(guó)防以及固態(tài)激光泵浦、印刷等領(lǐng)域具備廣泛應(yīng)用。因此，關(guān)于此類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及升級(jí)已成為當(dāng)前關(guān)注的焦點(diǎn)。借助緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和每個(gè)巴條獨(dú)立的光學(xué)整形，我們成功實(shí)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(gè)產(chǎn)品系列，包括G-stack和C-stack，均可根據(jù)客戶(hù)需求定制頻率、巴條的數(shù)量和類(lèi)型、輸出功率、波長(zhǎng)范圍、整體尺寸和光束形貌。此類(lèi)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(yùn)行。本文主要采用三明治結(jié)構(gòu)作為封裝的基礎(chǔ)元件。8個(gè)間距為1.7毫米的三明治結(jié)構(gòu)垂直排列成一個(gè)單元，使用3個(gè)單元垂直排布，構(gòu)成一個(gè)3×8的24巴陣列。在3%的占空條件下，通過(guò)巴條的選擇，輸出波長(zhǎng)控制在808nm±1nm范圍內(nèi)，半高全寬（FWHM）小于3.5nm，峰值功率超過(guò)11 kW。此外，該設(shè)計(jì)具有出色的可靠性，累積可靠性測(cè)試數(shù)據(jù)超過(guò)7000小時(shí)，適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景。在光學(xué)方面，可以通過(guò)光纖或者非球面鏡對(duì)每個(gè)巴條的快軸進(jìn)行準(zhǔn)直，實(shí)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(xué)研究領(lǐng)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(shì)。此外，此類(lèi)設(shè)計(jì)在脫毛領(lǐng)域亦具有巨大潛力與優(yōu)勢(shì)，隨著激光脫毛需求不斷增加且廣泛接受，其應(yīng)用前景廣闊。高功率半導(dǎo)體激光器在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。在工業(yè)領(lǐng)域，其卓越的性能得到了廣泛認(rèn)可；醫(yī)學(xué)美學(xué)領(lǐng)域可以實(shí)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(chǎng)景中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用?？傊吖β拾雽?dǎo)體激光器在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用極具價(jià)值，為各類(lèi)場(chǎng)景提供了高效、可靠的解決方案。近年來(lái)，激光二極管陣列憑借其廣泛的波長(zhǎng)范圍和高轉(zhuǎn)換效率，迅速在醫(yī)療美學(xué)市場(chǎng)占據(jù)一席之地，成為主流脫毛設(shè)備的光源。值得注意的是，可見(jiàn)光和1μm以上的激光器由于單點(diǎn)芯片功率低，巴條疊陣類(lèi)產(chǎn)品在醫(yī)療市場(chǎng)也同時(shí)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(diào)控，光斑尺寸可定制，逐漸代替光纖輸出類(lèi)激光光源應(yīng)用科學(xué)研究、軍事安防等重要領(lǐng)域。各種應(yīng)用場(chǎng)景往往對(duì)半導(dǎo)體激光器提出小型化、輕量化的要求。為實(shí)現(xiàn)激光系統(tǒng)整體能耗、體積和重量的降低，最切實(shí)有效的技術(shù)途徑包括提升電光轉(zhuǎn)換效率、優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)以及改進(jìn)散熱。本篇著重闡述了一種脈沖半導(dǎo)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(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，充分滿(mǎn)足應(yīng)用需求。2. 實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)本文主要闡述了一種由24個(gè)巴條組成的高功率、高均勻性的疊陣產(chǎn)品。8個(gè)巴條為一個(gè)單元，封裝成三明治結(jié)構(gòu)（SBS）。SBS的設(shè)計(jì)理念是將一個(gè)巴條連接在兩個(gè)銅鎢散熱器之間，形成一種三明治式的結(jié)構(gòu)。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(dǎo)熱系數(shù)。八個(gè)SBS單元通過(guò)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(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，三個(gè)小單元均勻間隔，形成一種垂直堆疊的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)安裝在宏觀通道水冷底座上，有助于通過(guò)疊陣的背板進(jìn)行散熱。對(duì)8個(gè)巴條小單元的測(cè)試顯示，波長(zhǎng)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(zhǔn)直鏡，實(shí)現(xiàn)中心能量均勻性95%，輸出功率超過(guò)11000W。本論文探討的宏觀通道產(chǎn)品可進(jìn)行定制化，其間距可從0.4mm至1.7mm進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品微型化、緊湊尺寸及高輸出功率，旨在滿(mǎn)足各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景。考慮成本和尺寸等因素，光纖被用于快軸準(zhǔn)直鏡。為實(shí)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(jié)果如圖1所示。光纖在焦點(diǎn)和離焦?fàn)顟B(tài)下的準(zhǔn)直效果。如圖2所示，針對(duì)不同快軸角度進(jìn)行模擬以實(shí)現(xiàn)光斑均勻。經(jīng)分析，快軸半角為20°的時(shí)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)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(zhì)量和一致性，多個(gè)8巴堆棧單元（如圖3所示）在400A、3%占空比和20℃的條件下進(jìn)行了測(cè)試和老化。測(cè)試數(shù)據(jù)如圖4所示，整體波長(zhǎng)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(guò)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(shí)后，表現(xiàn)正常，如圖6所示。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，將三個(gè)8巴單元封裝于一個(gè)宏觀通道底座上，進(jìn)行整體性能測(cè)試，輸出功率達(dá)到11592W，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。圖7 24巴產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果利用光纖進(jìn)行快速軸離焦準(zhǔn)直（參見(jiàn)圖8中的產(chǎn)品圖像），整個(gè)過(guò)程的損耗低于2%，輸出功率達(dá)到11360W以上（如圖9所示）。光斑均勻度達(dá)到95%（如圖10所示）。圖9 快軸整形后24巴產(chǎn)品PIV測(cè)試曲線(xiàn)上述產(chǎn)品進(jìn)行了超過(guò)7000小時(shí)的長(zhǎng)期老化，表現(xiàn)正常，如圖11所示。伴隨著科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)以及工業(yè)加工領(lǐng)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(jí)并呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，如脫毛、退火以及固態(tài)側(cè)泵等。通過(guò)調(diào)整定制參數(shù)，如功率、斑點(diǎn)均勻性、波長(zhǎng)以及譜寬等，以滿(mǎn)足各類(lèi)應(yīng)用需求。本文所闡述的產(chǎn)品，具備輸出峰值功率超過(guò)11KW、波長(zhǎng)精度控制在±0.5nm以?xún)?nèi)、均勻性達(dá)到95%的優(yōu)異性能。該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)超7000小時(shí)的連續(xù)壽命測(cè)試，展現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，可以滿(mǎn)足各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景的需求。此外，通過(guò)模塊化組合設(shè)計(jì)，該產(chǎn)品還能實(shí)現(xiàn)更高的峰值功率，從而適應(yīng)各種類(lèi)型的應(yīng)用場(chǎng)景。
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