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多单管半导体激光器自动化耦合技术研究

杨逸飞  
【摘要】:半导体激光器由于体积小、电光转换效率高、光学整形系统简单,具有广阔的应用前景。半导体激光器通常使用多个发光单元集成实现大功率激光输出,其中一种集成方式是将多个单管半导体激光器进行空间合束并耦合进光纤输出。这种方式能够改善半导体激光器光束质量差的问题,且光纤可任意改变光路方向,方便应用。在多单管半导体激光器的装配过程中,由于光学元件尺寸小、数量多,导致人工装调精度差、效率低,而使用自动化装调设备参与装调,可以大大提高装调效率和装配效果。本文研究多单管半导体激光器的自动化耦合技术,采用自行封装的单管半导体激光器,使用优化过的工艺参数,自动装配了一台16路特定波长的光纤耦合多单管半导体激光器,主要内容如下:1.设计了光纤耦合多单管半导体激光器的光学系统。根据半导体激光器的光束特性,对多单管半导体激光器研制过程中的光束准直、偏振合束、空间合束及光纤耦合四个关键步骤进行详细分析并制定方案。根据单管半导体激光器的特点选择两片非平面平凸柱透镜进行快慢轴的光束准直;使用阶梯型排列对16个单管半导体激光器进行空间合束,并根据实际需要使用透镜组合进行光纤耦合。2.自行封装了单管半导体激光器。分析并对比了单管半导体激光器封装过程中涉及的焊接工艺,完成了热沉与焊料的选择并设计了焊接工装,对封装的温度、时间等工艺参数进行优化,进行了焊接试验,完成了16个单管半导体激光器的封装。3.基于fincon TEC公司的AL2000-AA自动化设备,设计了自动化装配方案。结合系统设计与管芯属性,对实现装配自动化运行的关键技术进行了分析与设计。对装配中的工艺参数进行优化,保证光斑宽度压到最小,指向性偏差最小,并通过优化粘接工艺,使紫外胶水达到最佳固化强度。设计了装配流程,进行自动化装调程序的开发。本文最终完成了16个单管半导体激光器的封装,在fincon TEC公司的AL2000-AA自动化设备上完成了16路多单管半导体激光器样机的制备。经测试,该样机在2.8 A电流驱动下,耦合进芯径105 um、数值孔径0.22的光纤中,输出功率为25.9 W。样机已装配在特定设备里,输出功率与波长均达到要求。


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