论文摘要
高功率二极管激光器（Diode Laser,简称DL）技术,包含二极管激光器芯片制造技术和封装技术两个环节。近年,随着金属化合物气相沉积（MOVPE）和分子束外延（MBE）技术的成熟,材料沉积工艺控制精度得到了有效控制,使得III-V组化合物形成的高功率二极管激光器芯片制造水平得到了很大提高。高功率密度二极管激光器封装技术已成为限制大功率二极管激光器发展的瓶颈。本论文主要针对大功率DL封装的关键技术展开了研究,设计了大功率光束耦合输出DL模块研制方案,并开展了相应的实验研究。本论文主要开展了以下工作内容。1.高功率密度DL封装工艺研究,详细分析了几种大功率DL封装的高效散热冷却器的散热效果,并确定铜微通道冷却器是连续DL bar封装的最佳选择;2.通过对热沉材料与芯片材料热膨胀系数匹配性的研究,分析了硬焊料与软焊料的不同特性,以及在芯片焊接过程中,由于热膨胀系数不匹配而引起的应力对DL芯片的影响。并且,详细分析了DL芯片精密焊接工艺,阐述了“加热因子”在焊接过程中对于稳定工艺,确保芯片焊接质量的重要性。3.高效耦合、整形及传输技术是大功率DL获得广泛应用的关键。论文中分析了二极管激光器的光束发射特点以及影响大功率DL耦合效率的关键因素,并且提出了利用空间叠加、偏振耦合、波长叠加等功率密度放大技术,可以在保持光束参量积不变的条件下,大幅度提高DL输出光束亮度。4.进行了高功率密度DL叠阵封装及耦合的方案设计,开展了初步的实验,封装了连续630W二极管激光器叠阵模块,并在二极管激光器叠阵的非相干合成方面取得了较好的实验结果,耦合效率大于90%。