亮点光电新一代连续CW半导体泵浦激光器

文章分类：泵浦        更新时间：2024年2月1日

半导体泵浦激光器模块作为固体激光器的重要组成部分，其需求量一直在快速增长。这些模块具有独特的优势，能满足固体激光器应用的特殊要求。下面重点介绍半导体泵浦激光器模块的产品应用、产品特点以及产品优势。在文章的最后我会放出我司的DPSS激光器的测试报告、以及我们的优势。

前言——什么是激光泵浦？

激光泵浦是指向激光器中的介质注入能量，以达到所谓的粒子数反转状态的过程。这种状态对于激光光的产生至关重要。简单来说，激光泵浦就像是给激光器“加油”，为其提供工作所需的能量。

点击阅读更多：激光泵浦的物理原理是什么？ 有哪些泵浦方式？

半导体泵浦模块工作原理：

除自由电子激光器外，固体激光器的基本工作原理均相同，装置必不可少的组成部分包括激励（或抽运）、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔。

激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳态能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的定向性和相干性。

DPSS模块使用的激光晶体是Nd:YAG晶体，此晶体的特性是吸收808nm波段，然后产生四能级跃迁，发出1064nm激光谱线。常规的连续输出的侧泵固体激光器，Nd:YAG晶体的掺杂浓度0.6atm%~1.1atm%。

本公司生产的DPL模块多采用晶体的掺杂浓度为0.6atm%，常规晶体长度30~200mm，晶体直径为Ø2mm~Ø15mm）。一般掺杂浓度越高，出射激光功率越高，但光束质量越差。

泵浦固体激光器产品应用

大功率半导体泵浦固体激光器是一种用半导体固体激光材料作为工作物质的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展，被称为第二代的激光器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，已在空间通讯，微纳加工，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理等高科技领域有着独具特色的应用前景。

·纳秒/皮秒激光放大器 

·高增益脉冲泵浦放大器

·激光切割、微纳加工

·环境、气象、医疗

产品特点：

高功率泵浦能力：

固体激光器需要高效、高功率的泵浦源才能实现最佳性能。半导体泵浦固体激光器可提供强大的泵浦光功率，有效地泵浦固体激光器中的增益介质。它们的高功率输出可产生很高的平均功率（或峰值功率），从而在工业、医疗和科学领域实现广泛应用。

工作模式：

这些半导体泵浦激光器模块的工作模式结合了连续波激光器和脉冲激光器的优点，而连续波激光器和脉冲激光器之间的主要区别之一是它们的功率输出。

连续波激光器又称CW激光器，指拥有稳定工作状态，可发出连续激光的激光器。

出色的光束质量和稳定性：

半导体泵浦激光器模块具有优异的光束质量和稳定性，这对于实现精确可控的激光输出至关重要。模块的设计可产生清晰稳定的光束轮廓，确保为固体激光器提供可靠稳定的泵浦。这一特性对于激光材料加工、激光切割和科学研究等对光束质量要求较高的应用尤为重要。

紧凑可靠的设计：

半导体泵浦激光器模块外形紧凑，因其模块化组成特点，可轻松集成到现有的固体激光器系统中。其坚固的结构和高可靠性的组件可确保长期的可靠性，最大限度地减少停机时间和维护成本。这种可靠性对于工业制造或医疗程序等必须连续运行的应用至关重要。

点击了解：决定泵浦光有效性的特性有哪些？

产品主要技术指标

主要技术指标见下表1：

产品结构组成

每套产品包含3组水平叠阵模块，每组水平叠阵模块泵浦功率约100W@25A，总体泵浦功率300W@25A。

点击查看产品具体指标

G2-A泵浦荧光光斑如下：

瞬态热管理技术

半导体泵浦固体激光器多应用于准连续脉冲式（QCW）高峰值功率输出和连续式（CW）高平均功率输出。

对于半导体泵浦固体激光器，热沉高度与芯片间距（即衬底与芯片的厚度和）均对产品的散热能力有明显影响。当芯片之间的间距较大时，将获得较好的散热效果，但产品的体积将随之增大。反之，若芯片间距减小，产品体积将减小，但产品散热能力可能不足。如何利用最精简的体积设计出最优且满足散热需求的半导体泵浦固体激光器是设计中的一项难点。

亮点光电应用有限元的方法对器件的温度场进行模拟和计算。采用固体热传导稳态热模拟与液体温度热模拟相结合的方式进行热模拟，针对连续工作条件，如下图所示：产品在固体热传导稳态热模拟条件下，提出了最佳芯片间距及排布。在该间距及排布下，产品不光拥有良好的散热能力，较低的峰值温度，并且拥有最精简的结构。

液体温度稳态热模拟:

固体温度稳态热模拟:

封装优势

我们的封装工艺使用金锡焊料代替传统铟焊料封装，避免铟焊料引起的热疲劳、电迁移和电热迁移问题，以提高产品可靠性及寿命。在保证巴条间距不变的前提下，使用金锡焊料代替传统铟焊料封装，提高产品可靠性及寿命。

大功率半导体泵浦固体激光器的封装技术中，由于铟（In）金属具有熔点低、焊接应力小、易操作，以及良好的塑性形变和浸润性等优点，被国际上较多厂商采用作为焊接材料。但是对于连续工作应用条件下的半导体泵浦固体激光器，交变应力会使铟焊接层发生应力疲劳，进而使产品失效。尤其是在高低温和长脉宽的使用条件，铟焊接的失效速率非常明显。传统半导体泵浦固体激光器多在低脉宽条件下使用，其使用寿命有较大局限。

阅读更多：瞬态热管理技术可以解决哪些问题？

不断增长的市场机遇 - 关于对于DPSS激光器产品的市场需求

随着各行各业对固体激光器需求的不断扩大，对半导体泵浦固体激光器等高性能泵浦源的需求也在不断增加。制造业、医疗保健、国防和科学研究等行业的精密应用都依赖于固体激光器。半导体泵浦固体激光器的市场潜力巨大，为制造商和供应商带来了利润丰厚的商机。

总之，作为固体激光器主要组件的半导体泵浦固体激光器具有高功率泵浦效率、CW/QCW工作模式、出色的光束质量和稳定性、紧凑的设计以及不断增长的市场机会，这些因素推动了对该模块的需求。这些模块在实现各种工业、医疗和科学应用中固态激光器的高效可靠运行方面发挥着至关重要的作用。