圖 1：半導(dǎo)體激光管元件示例——單個(gè)元件組裝在底座(左)或由 19 個(gè)發(fā)射器制成的單巴條上。 (由 Innolume 和 Seminex 提供)

a) 4 個(gè)多模光纖耦合半導(dǎo)體激光管系列

多模光纖耦合半導(dǎo)體激光管基于廣域的一側(cè)，它發(fā)射的半導(dǎo)體激光管芯片最初是由半導(dǎo)體晶圓設(shè)計(jì)和制造的。多模光纖耦合半導(dǎo)體激光管有 4 種類型(見(jiàn)圖 2和圖 3)：

單發(fā)射器：當(dāng)半導(dǎo)體激光管芯片被隔離時(shí)，組裝在子底座上，并單獨(dú)封裝在半導(dǎo)體激光管模塊中。 我們?cè)谶@里討論的是 15W 的功率耦合到一個(gè) 105(纖芯)/125μm(包層)半導(dǎo)體激光管中。

多發(fā)射器：當(dāng)多個(gè)發(fā)射器分離并與多模光纖中的其他隔離發(fā)射器光耦合在一起時(shí)(圖 19-右)。 因此，輸出功率水平可擴(kuò)展到數(shù)百瓦，并且光纖的尺寸可以保持較小，如 100 或 200 μm 纖芯。

單巴條：當(dāng)多個(gè)發(fā)射器作為一個(gè)單巴條(圖 17)并組裝在一個(gè)半導(dǎo)體激光管模塊中。 我們?cè)谶@里討論的是約 50 W 的功率耦合到 200 μm(纖芯)/240 μm(包層)半導(dǎo)體激光管中。

多巴條：當(dāng)多個(gè)巴條組裝在一個(gè)大型水冷封裝中并耦合在大直徑多模光纖中時(shí)。 我們?cè)谶@里討論的是耦合到例如 600 或 800 μm 纖芯多模光纖中的 100 W甚至 KW。

所有這些半導(dǎo)體激光管均有不同的封裝：

圖 2：多模光纖耦合半導(dǎo)體激光管模塊示例：(左：多發(fā)射器 35W 半導(dǎo)體激光管;中：來(lái)自 AeroDIODE 的915nm 10W單發(fā)射器;右：來(lái)自 DILAS 的各種半導(dǎo)體激光管單巴條和多巴條光源(由AeroDIODE 和 Dilas提供 - 現(xiàn)在由Coherent公司提供)

值得注意的是，當(dāng)考慮到各種系列時(shí)，典型的電壓和電流水平如何變化：

典型的單一發(fā)射器的電壓電平為1.5V，電流為15A。

對(duì)于多發(fā)射器半導(dǎo)體激光管，發(fā)射器是串聯(lián)組裝的。 這意味著電流水平不會(huì)改變(通常最大 15 A)，但是電壓會(huì)隨著發(fā)射器數(shù)量增加而增加。 (例如， 4.5V/15A的60 W半導(dǎo)體激光管)

一個(gè)半導(dǎo)體激光管巴條將所有發(fā)射器并聯(lián)組裝在一起。 因此，電壓水平不變，但電流水平可以輕松達(dá)到 45 或 50 A。

同樣，當(dāng)將多個(gè)巴條組裝在一起時(shí)，它們是串聯(lián)組裝的，因此電流水平(例如 45 A)不會(huì)改變，但電壓會(huì)隨著巴條數(shù)的增加而有規(guī)律地增加。

b) 結(jié)構(gòu)和尺寸

圖3 顯示了一些單元件和多元件半導(dǎo)體激光管的結(jié)構(gòu)示例。 可以看出，分離幾個(gè)半導(dǎo)體激光管元件并將它們的激光整合到一根光纖可以增加光纖的功率/表面。 另一方面，半導(dǎo)體激光管巴條非常不對(duì)稱，使得將光注入圓形光纖變得更加困難。 這使得激光巴條技術(shù)的最小光纖直徑通常比多元件技術(shù)的更大。

圖3：?jiǎn)卧雽?dǎo)體激光管(左)和多 (3) 元件半導(dǎo)體激光管(右)的結(jié)構(gòu)示例

圖4：半導(dǎo)體激光管巴條光纖注入設(shè)置示例。 (由Fraunhofer IOF 提供)

c) 光譜特性

請(qǐng)注意，許多應(yīng)用(例如在 976 nm 處泵浦 Yb3+ 等稀土離子)需要穩(wěn)定而且窄的半導(dǎo)體激光管發(fā)射光譜。 這種波長(zhǎng)穩(wěn)定性需要控制半導(dǎo)體激光管的溫度，還需要半導(dǎo)體激光管配備一個(gè)額外的波長(zhǎng)穩(wěn)定元件。 該元件通常是用于多模半導(dǎo)體激光管的 VBG(體布拉格光柵)。 VBG 是集成在半導(dǎo)體激光管封裝中的專用玻璃片。

圖 5：930 nm 輸出半導(dǎo)體激光管的 940 nm VBG 鎖定光譜(Y.Li 等人)

d) 驅(qū)動(dòng)多模半導(dǎo)體激光管

驅(qū)動(dòng)多模半導(dǎo)體激光管是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要專門的產(chǎn)品。 尤其是對(duì)于>10W輸出功率半導(dǎo)體激光管，熱冷卻是一個(gè)很大的問(wèn)題。 這是一款專為光纖半導(dǎo)體激光管驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的的半導(dǎo)體激光管驅(qū)動(dòng)器，與研發(fā)和全光纖激光器產(chǎn)品集成兼容。

AeroDIODE 的 CCM(冷卻和控制多模)(見(jiàn)本頁(yè)：高功率半導(dǎo)體激光管驅(qū)動(dòng)器)針對(duì)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)多模泵浦半導(dǎo)體激光管(單元件或多元件器件)進(jìn)行了全面優(yōu)化。 它配備了一個(gè)TE冷卻器，可以調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光管的溫度。 它是一種風(fēng)冷設(shè)備，與高達(dá) 200 W 光功率的半導(dǎo)體激光管兼容。

圖 6：AeroDIODE 高功率半導(dǎo)體激光管驅(qū)動(dòng)器。 適用于多元件半導(dǎo)體激光管，如 II-VI、Lumentum、IPG 等。

審核編輯 黃宇