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非致冷高功率半導(dǎo)體泵浦激光器封裝關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

本項目屬光、機、電、材一體化技術(shù)領(lǐng)域，具有多學(xué)科綜合的特點。半導(dǎo)體激光器具有效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、能將電能直接轉(zhuǎn)換為激光能、功率轉(zhuǎn)換效率高、便于直接調(diào)制、省電等優(yōu)點，因此應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。半導(dǎo)體激光技術(shù)已成為一種具有巨大吸引力的新興技術(shù)并在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。高功率半導(dǎo)體泵浦激光器是半導(dǎo)體激光技術(shù)中最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域之一。半導(dǎo)體激光器最大的缺點是激光性能受溫度影響大，光束的發(fā)散角較大。封裝成本占半導(dǎo)體激光器組件成本的一半，封裝技術(shù)不僅直接影響泵浦激光器組件的可靠性，而且直接關(guān)系到泵浦激光器芯片的性能能否充分發(fā)揮。本項目對非致冷高功率980nm泵浦激光器的封裝技術(shù)進行了研究，整個封裝技術(shù)涉及光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、機械等，精度達微米數(shù)量級。通過采用激光器芯片的倒裝貼片技術(shù)，小型化、全金屬化無膠封裝技術(shù)，最終滿足了光纖放大器對泵浦激光器小體積、高功率、低成本、高可靠性的要求。光耦合則采用透鏡光纖直接耦合，最大限度地減小耦合系統(tǒng)的元件數(shù)和相關(guān)損耗，提高了光路可靠性和易操作性。采用雙光纖光柵波長鎖定技術(shù)，提高了非致冷高功率980nm泵浦激光器的邊模抑制比和波長穩(wěn)定性。項目組通過采用這些技術(shù)，最終解決了一系列非致冷高功率980nm泵浦激光器封裝關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)國家光學(xué)儀器質(zhì)量監(jiān)督檢測中心測試，非致冷高功率980nm泵浦激光器主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1. 管殼尺寸：12.7(mm)×7.4(mm)×5.2 (mm) 2. 工作溫度：0-70℃ 3. 中心波長：980nm 4. 譜寬：1nm 5. 閾值電流：24mA 6. 輸出功率：240mW 7. 功耗：小于1W 本項目的研究成果，通過與相關(guān)企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，經(jīng)過近五年的技術(shù)研發(fā)和不斷改進，非致冷高功率980nm泵浦激光器封裝關(guān)鍵技術(shù)研究成果已成功應(yīng)用于相關(guān)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。在社會效益方面，填補了我國非致冷高功率半導(dǎo)體泵浦激光器方面的不足，對行業(yè)技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級起到了積極的推動作用。耦合封裝是對精度要求非常高的一系列工藝過程，這注定它很難實現(xiàn)自動化技術(shù)。因此，小型化泵浦激光器封裝技術(shù)的研究成果，特別適合在中國這樣人力成本低且技術(shù)基礎(chǔ)好的環(huán)境。通過對小型化980nm泵浦激光器封裝技術(shù)的研究，實現(xiàn)了封裝技術(shù)的源頭性創(chuàng)新，有助于向其他半導(dǎo)體泵浦激光器和光電器件的耦合封裝拓展。該技術(shù)在光電子器件的應(yīng)用方面具有廣闊的市場潛力和廣泛的推廣應(yīng)用前景，將成為形成光電子器件封裝技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要技術(shù)支撐。

上海理工大學(xué) 2021-04-11

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