千瓦-萬瓦級半導(dǎo)體激光器的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

千瓦-萬瓦級半導(dǎo)體激光器的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

Contents優(yōu)勢及意義1發(fā)展現(xiàn)狀2.1實現(xiàn)技術(shù)2.2

當(dāng)前核心問題與挑戰(zhàn)3Logo1.優(yōu)勢及意義優(yōu)勢意義廣泛運用于各個領(lǐng)域軍事醫(yī)學(xué)工業(yè)航空娛樂對高功率半導(dǎo)體激光器需求迅猛增長成本低Diagram2Diagram3Diagram2Diagram3體積小重量輕使用壽命長電光轉(zhuǎn)換效率高Logo發(fā)展現(xiàn)狀多樣化商品化德國Laserline公司美國Limo公司美國TreaDioe公司德國Trumf公司德國Dalas公司國外Laserline公司光纖耦合激光器功率高達10000WLogoLogo發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展迅猛起步晚北京工業(yè)大學(xué)1050w12m·mrad西安矩光3000W3mm×7mm電子十三所1600W國內(nèi)飛虹激光

DISTA系列世界第一臺主動防高功率激光反射工業(yè)半導(dǎo)體激光器。功率達到4000w.將突破6000wLogo2.2實現(xiàn)技術(shù)單發(fā)射腔垂直腔面發(fā)射陣列單巴條疊陣面陣特征多單管耦合，方式有光纖耦合及空間耦合單管垂直腔面發(fā)射，集成面陣，小單位面陣集成為大面陣以邊發(fā)射單巴條為基礎(chǔ)，疊陣，面陣形式優(yōu)點理論工藝相對簡單可靠性高光束對稱性好，可高度聚焦，進入光纖耦合效率高。有利于大規(guī)模二維列陣散熱能力相對較好，壽命長、可靠性高，技術(shù)成熟缺點光束質(zhì)量差，集成體積較大，也難以對該光束進行進一步的整形來提高光亮度單管功率低，散熱路徑與發(fā)光路徑同一方向，熱應(yīng)力問題。體積龐大，仍有很大的提升空間。Logo2.2實現(xiàn)技術(shù)疊陣面陣技術(shù)百瓦單巴條單疊陣千瓦級一維疊陣萬瓦級二維疊陣面陣萬瓦級帶光學(xué)整形面陣萬瓦級帶快軸準(zhǔn)直Logo3.問題與挑戰(zhàn)解決辦法A微通道散熱技術(shù)B噴霧冷卻技術(shù)①熱管理熱應(yīng)力管理半導(dǎo)體激光器的壽命，最大輸出功率都極大地受工作溫度的影響。散熱問題成為了研制千瓦萬瓦級半導(dǎo)體的重中之重！Logo①熱管理熱應(yīng)力管理噴霧冷卻系統(tǒng)圖傳熱系數(shù)大溫度均勻性好過熱度小臨界熱流密度高低冷卻液流量Logo②光譜控制巴條特性差異溫度的不均性1.合理熱管理，保證巴條中心波長一致2.通過計算模擬系統(tǒng)溫度，合理分配巴條原因解決辦法Logo③光斑控制兩倍束腰半徑

2W0/mm遠場發(fā)散角θ0/mrad光參數(shù)積MBPP/mm·mrad)準(zhǔn)直前快軸0.00157850.29準(zhǔn)直后快軸0.720.35準(zhǔn)直前慢軸10140350準(zhǔn)直后慢軸1054135Logo③光斑控制控制辦法非相干耦合

折射整形反射整形折反射整形相干耦合

衍射整形法挑戰(zhàn)對多疊陣面陣光學(xué)整形技術(shù)的挑戰(zhàn)對光學(xué)元件加工的挑戰(zhàn)對光學(xué)耦合器件的挑戰(zhàn)Logo④封裝技術(shù)銦焊料氧化空洞熱應(yīng)力問題3~5年壽命無銦焊料有效避免以上問題25年壽命Logo4總結(jié)綜上所述，近年來,大功率半導(dǎo)體激光器的研發(fā)取得了巨大的進步，但