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工业用的大功率激光器

工业用的大功率激光器

工业用的大功率激光器(点.一字线.十字线)可广泛用于电脑绣花机的起始定位,作效率成衣激光定位、服装钉钮点光源定位、裁布机裁布辅助标线、服装折边激光标线定位、缝纫机/裁剪机/钉钮机/自动手动断布机辅助标线定位各种。可用于钉扣机、铆钉机、开袋机、裁床、套结机、拉布机等等。方便快捷、直观实用。能较大幅度的提高工作效率。

工业用的大功率激光器用于工业和工艺待业的校正与定位。它们取代

了标尺、三角板、挡块等设备。激光能够帮助您在无法采用机械导向或在需

要双手同时工作的地方工作。直线、十字线、点、圆形或这些形状的组合并

不是您都能划出的!二维激光定位灯可以显示各种形状和尺寸的轮廓、外形

或位置。可以调节颜色和亮度,使之适合于材料表面和您所在位置的环境光

线。

工业用的大功率激光器的安装机使用简单方便,可安装在使用机械的垂直或水平面上,提供一条可见的激光标线,使得在整个生产过程中有一条可见的、非接触的定位线指导操作过程。具有方便生产操作和提高生产效率的优点。激光线可在三维空间任意微调,已达到最佳使用效果。

参数

光斑形状:一字线型

波长:532nm 635nm 650nm(可定制)

管芯功率:0~200mw(按要求定制)

工作电流:0~2000mA(可定制)

工作电压:5V 12V 24V 36V

外形尺寸:Φ16×55mm Φ16×80mm Φ22×85mm Φ26×110mm(可选择)

光束发散度:0.3~1.5mrad

出光张角:10 o~135o

光线直径:≤0.5mm @0.5m;≤1.0mm @3.0m;≤1.5mm @6.0m;

直线度:≤1.0mm @3.0m

光学透镜:光学镀膜玻璃或塑胶透镜

工作温度:-10~75℃

储存温度:-40~85℃

工作介质:半导体

等级:Ⅲb

可选配:专用支架、电源

大功率半导体激光器的发展介绍

大功率半导体激光器的发展介绍 激光打标机、激光切割机、激光焊接机等等激光设备中激光器起着举足轻重的地位,在激光器的发展历程中,半导体激光器的发展尤为重要,材料加工用激光器主要要满足高功率和高光束质量,所以为了提高大功率半导体激光器的输出功率,可以将十几个或几十个单管激光器芯片集成封装、形成激光器巴条,将多个巴条堆叠起来可形成激光器二维叠阵,激光器叠阵的光功率可以达到千瓦级甚至更高。但是随着半导体激光器条数的增加,其光束质量将会下降。

另外,半导体激光器结构的特殊性决定了其快、慢轴光束质量不一致:快轴的光束质量接近衍射极限,而慢轴的光束质量却比较差,这使得半导体激光器在工业应用中受到了很大的限制。要实现高质量、宽范围的激光加工,激光器必须同时满足高功率和高光束质

量。因此,现在发达国家均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率半导体激光器作为一个重要研究方向,以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。 大功率半导体激光器的关键技术包括半导体激光芯片外延生长技术、半导体激光芯片的封装和光学准直、激光光束整形技术和激光器集成技术。 (1)半导体激光芯片外延生长技术 大功率半导体激光器的发展与其外延芯片结构的研究设计紧密相关。近年来,美、德等国家在此方面投入巨大,并取得了重大进展,处于世界领先地位。首先,应变量子阱结构的采用,提高了大功率半导体激光器的光电性能,降低了器件的阈值电流密度,并扩展了GaAs基材料系的发射波长覆盖范围。其次,采用无铝有源区提高了激光芯片端面光学灾变损伤光功率密度,从而提高了器件的输出功率,并增加了器件的使用寿命。再者,采用宽波导大光腔结构增加了光束近场模式的尺寸,减小了输出光功率密度,从而增加了输出功率,并延长了器件寿命。目前,商品化的半导体激光芯片的电光转换效率已达到60%,实验室中的电光转换效率已超过70%,预计在不久的将来,半导体激光器芯片的电光转换效率能达到85%以上。 (2)半导体激光芯片的封装和光学准直 激光芯片的冷却和封装是制造大功率半导体激光器的重要环节,由于大功率半导体激光器的输出功率高、发光面积小,其工作时产生的热量密度很高,这对芯片的封装结构和工艺提出了更高要求。目前,国际上多采用铜热沉、主动冷却方式、硬钎焊技术来实现大功率半导体激光器阵列的封装,根据封装结构的不同,又可分为微通道热沉封装和传导热沉封装。

高功率IPG光纤激光器应用简介

高功率IPG光纤激光器应用简介 一、IPG光纤激光器简介 1.光纤激光器简介 光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。 2.光纤激光器的优势 首先是使用成本低,光纤激光器替代了不稳定或高维修成本的传统激光器。其次,光纤激光的柔性导光系统,非常容易与机器人或多维工作台集成。第三,光纤激光器体积小,重量轻,工作位置可移动。第四,光纤激光器可以达到前所未有的大功率(至五万瓦级)。第五,在工业应用上比传统激光器表现更优越。它有适用于金属加工的最佳波长和最佳的光束质量,而且光纤激光器在每米焊接和切割上的费用最低。第六,一器多机,即一个激光器通过光纤分光成多路多台工作。第七,免维护,使用寿命长。最后,由于其极高的稳定性,大大降低了运行中对激光质量监控的要求。简单来说就是高功率下的极好光束质量,高光束质量下的极好电光效率,高功率高光束质量下的极小体积、可移动性和柔性。 3.IPG简介 全球最大的光纤激光制造商IPG Photonics由Valentin Gapontsev博士于1991年创建,总部设在美国东部麻省。IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地,并在全球设有销售和服务网点,覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国,并于2006年在美国纳斯达克上市。

十八年来,IPG致力于纵向合成,所有的核心配件均为IPG研发、生产和拥有,同时也是唯一一个能为客户提供高性价比的光纤和半导体激光器的厂家。 高功率是IPG的优势。全世界已有上千台IPG的高功率(>1KW)光纤激光器在汽车制造、船舶制造、海上平台和石油管道、航空航天和技术加工等工业领域中得以应用。在日本,我们向丰田、三菱、住友在内的客户售出了数百台IPG的大功率光纤激光器。这些激光器的成功应用,说明了IPG光纤激光已成熟,且成为制造业的技术工具之一。依近期国内各厂家、院校、集成商对IPG光纤激光器大量的订单来看,光纤激光在中国市场广泛应用的局面会很快到来,尤其是在金属加工(切割、焊接、熔覆、快速成型等)方面。 二、高功率光纤激光应用领域 1.激光焊接领域的应用 光纤激光器的光束质量好,连续功率大,适用于深熔焊和浅表热导焊。连续激光通过调制可提供激光脉冲,从而获得高峰值功率和低平均功率,适用于需要低热输入要求的焊接。由于高功率激光的调制频率高达1万赫兹,因而能够提高脉冲焊接的产能。光纤输送方式使激光能够灵活地集成在传统焊钳、振镜头、机器人和远程焊接系统内。无论采用何种光束输送方式,光纤激光器都具有无可比拟的性能。典型的点焊应用包括依靠振镜头传送光束,从而完成剃须刀片和硬盘挠曲的焊接,从而充分地利用光纤激光器的脉冲功能。光纤激光器的光斑小,焦距长,因而远距离激光焊接的能力大大提高。1-2米的工作间距与传统机器人相比使工作区域提高了数倍,配备光纤激光器的远程焊接工位包括车门焊接、多点焊接和整个车身框架的搭接焊接。光纤激光器焊接的其它例子包括传动部件全熔焊、船用厚钢板深熔焊、电池组密封焊接、高压密封等等。图1展示了光纤激光焊接的效果。

基于激光视觉的焊缝跟踪系统方案

基于激光视觉的焊缝跟踪系统 一、焊缝自动跟踪系统构成 基于激光视觉传感,具有主动性、非接触、能获取物体的三维信息、灵敏度精度高、抗电磁场干扰能力强等优点,被认为是焊缝检测的主要发展方向。线激光法是一种直接获取深度图像的方法,它可以获取焊缝的二维半信息。基于激光视觉的焊缝跟踪系统如图1所示,主要有3个组成部分,分别是视觉传感、图像处理和跟踪控制。CCD摄像机垂直对准工件,激光器倾斜布置,激光器打出的激光,经柱透镜形成一光片照射到工件上形成一条宽度很窄的光带。当该光带被工件反射或折射后,经滤光片保留激光器发出的特定波长的光,而滤除其他波长的光,最后进入CCD摄像机成像。由于坡口各处与工件在垂直方向深度不同,故从垂直工件的方向看去,反射光成一折线,折线反映了光纹中心与焊缝坡口中心的三维位置关系。计算机对采集图像进行图像预处理,减少图像中的噪声污染,并加强焊缝特征信息信号,通过一定的算法提取焊缝特征点,得到焊缝与电弧偏差。此偏差作为跟踪控制系统的输入条件,依据控制算法进行处理,最后获得驱动信号控制焊炬运动,实现焊缝跟踪过程实时控制。 图像采集卡 图像预处理 焊缝识别 控制器 驱动系统 焊机控制 工件 激光器摄像机 滤光片 焊炬 焊缝 柱透镜 图1 系统构成 二、焊缝自动跟踪硬件设计 1.激光器 在本系统中决定采用半导体激光器。半导体激光器是以半导体为工作介质,具有超小形、高效率、结构简单、价格便宜、工作速度快、波长范围宽等一系列优点。本视觉系统中采用的激光器是红光一字线激光器,由点激光二极管发光通过一柱透镜变换成直线形的激光条纹。 有文献通过测量MIG焊弧光的光谱范围,提出弧光的范围为150~970nm。通过比较弧光波长与普通激光二极管波长,认为弧焊传感器中所用激光二极管的中心波长最好为467nm,594nm,610nm,632nm和950nm。从而可选择适当波长的激光感器以减少弧光对

大功率半导体激光器件最新发展现状分析

大功率半导体激光器件最新发展现状分析 1 引言 半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点,诞生伊始一直是激光领域的关注焦点,广泛应用于工业、军事、医疗、通信等众多领域。但是由于自身量子阱波导结构的限制,半导体激光器的输出光束质量与固体激光器、CO2激光器等传统激光器相比较差,阻碍了其应用领域的拓展。近年来,随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展,特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下,具有大功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展,为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。 2 大功率半导体激光器件最新进展 作为半导体激光系统集成的基本单元,不同结构与种类的半导体激光器件的性能提升直接推动了半导体激光器系统的发展,其中最为主要的是半导体激光器件输出光束发散角的降低以及输出功率的不断增加。 2.1 大功率半导体激光器件远场发散角控制 根据光束质量的定义,以激光光束的光参数乘积(BPP)作为光束质量的衡量指标,激光光束的远场发散角与BPP成正比,因此半导体激光器高功率输出条件下远场发散角控制直接决定器件的光束质量。从整体上看,半导体激光器波导结构导致其远场光束严重不对称。快轴方向可认为是基模输出,光束质量好,但发散角大,快轴发散角的压缩可有效降低快轴准直镜的孔径要求。慢轴方向为多模输出,光束质量差,该方向发散角的减小直接提高器件光束质量,是高光束半导体激光器研究领域关注的焦点。 在快轴发散角控制方面,如何兼顾快轴发散角和电光效率的问题一直是该领域研究热点,尽管多家研究机构相续获得快轴发散角仅为3o,甚至1o的器件,但是基于功率、光电效率及制备成本考虑,短期内难以推广实用。2010年初,德国费迪南德-伯恩研究所(Ferdinand-Braun-Inst itu te)的P. Crump等通过采用大光腔、低限制因子的方法获得了30o快轴发散角(95%能量范围),光电转换效率为55%,基本达到实用化器件标准。而目前商用高功率半导体激光器件的快轴发散角也由原来的80o左右(95%能量范围)降低到50o以下,大幅度降低了对快轴准直镜的数值孔径要求。 在慢轴发散角控制方面,最近研究表明,除器件自身结构外,驱动电流密度与热效应共同影响半导体激光器慢轴发散角的大小,即长腔长单元器件的慢轴发散角最易控制,而在阵列器件中,随着填充因子的增大,发光单元之间热串扰的加剧会导致慢轴发散角的增大。2009年,瑞士Bookham公司制备获得的5 mm腔长,9XX nm波段10 W商用器件,成功将慢轴发散角(95%能量范围)由原来的10o~12o降低到7o左右;同年,德国Osram公司、美国相干公司制备阵列器件慢轴发散角(95%能量范围)也达7o水平。 2.2 半导体激光标准厘米阵列发展现状 标准厘米阵列是为了获得高功率输出而在慢轴方向尺度为1 cm的衬底上横向并联集成多个半导体激光单元器件而获得的半导体激光器件,长期以来一直是大功率半导体激光器中最常用的高功率器件形式。伴随着高质量、低缺陷半导体材料外延生长技术及腔面钝化技术的提高,现有CM Bar的腔长由原来的0.6~1.0 mm增大到2.0~5.0mm,使得CM Bar输出功率大幅度提高。2008年初,美国光谱物理公司Hanxuan Li等制备的5 mm腔长,填充因子为83%的半导体激光阵列,利用双面微通道热沉冷却,在中心波长分别为808 nm,940 nm,980 nm处获得800 W/bar,1010W/bar,950 W/bar的当前实验室最高CM Bar连续功率输出水平。此外,德国的JENOPTIK公司、瑞士的Oclaro公司等多家半导体激光供应商也相续制备获得千瓦级半导体激光阵列,其中Oclaro公司的J. Müller等更是明确指出,在现有技术

工业用的大功率激光器

工业用的大功率激光器(点.一字线.十字线)可广泛用于电脑绣花机的起始定位,作效率成衣激光定位、服装钉钮点光源定位、裁布机裁布辅助标线、服装折边激光标线定位、缝纫机/裁剪机/钉钮机/自动手动断布机辅助标线定位各种。可用于钉扣机、铆钉机、开袋机、裁床、套结机、拉布机等等。方便快捷、直观实用。能较大幅度的提高工作效率。 工业用的大功率激光器用于工业和工艺待业的校正与定位。它们取代 了标尺、三角板、挡块等设备。激光能够帮助您在无法采用机械导向或在需 要双手同时工作的地方工作。直线、十字线、点、圆形或这些形状的组合并 不是您都能划出的!二维激光定位灯可以显示各种形状和尺寸的轮廓、外形 或位置。可以调节颜色和亮度,使之适合于材料表面和您所在位置的环境光 线。 工业用的大功率激光器的安装机使用简单方便,可安装在使用机械的垂直或水平面上,提供一条可见的激光标线,使得在整个生产过程中有一条可见的、非接触的定位线指导操作过程。具有方便生产操作和提高生产效率的优点。激光线可在三维空间任意微调,已达到最佳使用效果。 参数 光斑形状:一字线型 波长:532nm 635nm 650nm(可定制) 管芯功率:0~200mw(按要求定制) 工作电流:0~2000mA(可定制) 工作电压:5V 12V 24V 36V 外形尺寸:Φ16×55mm Φ16×80mm Φ22×85mm Φ26×110mm(可选择) 光束发散度:0.3~1.5mrad 出光张角:10 o~135o 光线直径:≤0.5mm @0.5m;≤1.0mm @3.0m;≤1.5mm @6.0m; 直线度:≤1.0mm @3.0m 光学透镜:光学镀膜玻璃或塑胶透镜 工作温度:-10~75℃ 储存温度:-40~85℃ 工作介质:半导体 等级:Ⅲb 可选配:专用支架、电源

浅析高功率光纤激光器

浅析高功率光纤激光器 高功率光纤激光器,是相对于光纤通讯中作为载波的低功率光纤激光器而言(功率为mW级),是定位于机械加工、激光医疗、汽车制造和军事等行业的高强度光源。高功率光纤激光器巧妙地把光纤技术与激光原理有机地融为一体,铸造了21世纪最先进和最犀利的激光器。即使是在激光技术发达的国家,光纤激光器也是尖端、神秘和充满诱惑的代名词。2002年6月,光纤激光器空降中国,震撼了中国激光学术和产业界,引起了尊至院士的深情关注! 一、光纤技术 光纤激光器的最大特点就是一根光纤穿到底,整台机器高度实现光纤一体化。而那些只在外部导光部分采用光纤传输或者LD泵浦源采用尾纤来耦合的激光器都不是真正意义上的光纤激光器。 光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维,主要广泛应用于光纤通讯,其导光原理就是光的全反射机理。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-62.5μm)、中间低折射率硅玻璃包层(芯径一般为125μm)和最外部的加强树脂涂层组成。〈见图一〉光纤可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤:中心玻璃芯较细(直径9μm+0.5μm),只能传一种模式的光,其模间色散很小,具有自选模和限模的功能。多模光纤:中心玻璃芯较粗(50μm+1μm),可传多种模式的光,但其模间色散较大,传输的光不纯。 用于高功率光纤激光器中的光纤不是普通的通讯光纤,而是掺杂了多种稀有离子、结构更为复杂、耐高辐射的特种光纤---双包层光纤。

双包层光纤比普通光纤在纤芯外多了一个内包层,对泵浦光而言是多模的,直径和受光角较大,能大肆吸收高亮度的多模泵浦光,在光纤内聚集大量的光子。实践证明:横截面为D型和矩形的双包层光纤具有95%的耦合效率因而得到广泛应用。对于脉冲光纤激光器而言,一个重大的课题就是如何提高光纤的耐辐射能力。目前世界上光纤激光器的单脉冲能力可以达到20,000W,一根头发丝大小的光纤如何能承受如此高的激光辐射?所以必须考虑在光纤内掺杂某种特殊离子防止光纤被烧坏。比如掺杂了铈离子的光纤就是在核辐射情况下,既不会因染色而失去透光能力,更不会受热变形。 二、传统固体激光器 激光器说白了就是一个波长转换器---波长短的泵浦光激励掺杂离子转换成长波长的光辐射,它一般由3部分组成:工作物质、谐振腔和泵浦系统。由于光纤激光器本质上属于固体激光器,所以在此仅比较一下传统Nd:YAG激光器的特性。 工作物质: 工作物质是固体激光器的心脏,它的物理性质由基质材料决定,光谱性质由激活离子内的能级结构决定。在YAG单晶体中掺入三价的Nd3+,便构成了目前广泛应用的YAG激光晶体。它主要有如下明显的特点: 1、YAG棒生长速度很慢,一般小于1mm/h。目前最大晶体棒的直径为40mm,长180mm,所以激光增益从根本上受到限制,无法实现特高功率激光输出。

高功率半导体激光器

光机电信息 Sep.2008 钛蓝宝石激光器反射镜 新加坡EdmoundOptics公司拥有一系列用于超快激光系统的钛蓝宝石激光反射镜。钛蓝宝石激光反射镜可以使激光脉冲保持平坦的群速度色散曲线,中心波长为800nm,在700~900nm范围内曲线都可以保持平坦。 反射镜的直径在12.7~25.4mm之间,厚度为 6.35mm,表面质量为10-5,表面精度为1/10波长。 镜子的强度很高,对于脉冲长度为150fs的激光脉冲或100kW/cm2的连续激光,镜子可以承受高达 0.5J/cm2的激光能量。对于730~900nm波长的偏振 光s和p偏振光,反射镜都可以做到100%的有效反射。 这些反射镜加工精细,平行度优于5arcmin.,通光口径达到85%,直径公差为+0.0/-0.2mm,厚度公差为±0.2mm。入射光角度设计为45°,用于超快激光光束的转向。 www.edmoundoptics.com 高功率半导体激光器 德国LIMO公司发布了一种高功率半导体激光 器-LIMO50-L28x28-DL795-EX473。该激光器可以形成28mm×28mm×80mm的均匀光场,输出功率达到了50W,中心波长为794.8nm±0.2nm,波长稳定性极高,光谱宽度只有0.7nm。 该激光器可靠性高,经济实用。采用热电致冷或自来水冷却的方式。结构紧凑的激光头外形尺寸为445mm×110mm×66mm,非常适用于便携式测量仪器。 www.limo.de 平顶光束生成器 StockerYale公司的平顶光束生成器是一种光束 整形模块,它可以把高斯光束转化为聚焦、准直或发散成平顶能量分布的光束,即使经过较长距离也可以保持光束能量和强度的高度均匀。 StockerYale公司的平顶光束生成器适用于紫 外、可见光以及近红外波段的激光器,易于与 StockerYale公司的Lasiris或其它类型的激光器相集 成。 www.stockeryale.com 485nm皮秒脉冲二极管激光器 德国PicoQuant公司对外发布了其485nm波长的皮秒脉冲二极管激光头。该激光头可应用于生物 名企名品 AdvancedManufacturers&Products 64

自制低成本3D激光扫描测距仪(3D激光雷达)

来自CSK的低成本3D scanner。Very Impressive! 在开始介绍原理前,先给出一些扫描得到的3D模型以及演示视频,给大家一个直观的认识。视频链接 相关的图片: 扫描得到的房间一角(点击查看原始尺寸) 扫描的我(点击查看原始尺寸)

扫描仪实物 本文结构 1. 简单介绍了激光雷达产品的现状 2. 激光三角测距原理 3. 线状激光进行截面测距原理 4. 3D激光扫描仪的制作考虑 5. 参考文献 简介-激光扫描仪/雷达 这里所说的激光扫描测距仪的实质就是3D激光雷达。如上面视频中展现的那样,扫描仪可以获取各转角情况下目标物体扫描截面到扫描仪的距离,由于这类数据在可视化后看起来像是由很多小点组成的云团,因此常被称之为:点云(Point Clould)。 在获得扫描的点云后,可以在计算机中重现扫描物体/场景的三维信息。 这类设备往往用于如下几个方面: 1) 机器人定位导航 目前机器人的SLAM算法中最理想的设备仍旧是激光雷达(虽然目前可以使用kinect,但他无法再室外使用且精度相对较低)。机器人通过激光扫描得到的所处环境的2D/3D点云,从而可以进行诸如SLAM 等定位算法。确定自身在环境当中的位置以及同时创建出所处环境的地图。这也是我制作他的主要目的之一。 2) 零部件和物体的3D模型重建

3) 地图测绘 现状 目前市面上单点的激光测距仪已经比较常见,并且价格也相对低廉。但是它只能测量目标上特定点的距离。当然,如果将这类测距仪安装在一个旋转平台上,旋转扫描一周,就变成了2D激光雷达(LIDAR)。相比激光测距仪,市面上激光雷达产品的价格就要高许多: 图片: Hokuyo 2D激光雷达 上图为Hokuyo这家公司生产的2D激光雷达产品,这类产品的售价都是上万元的水平。其昂贵的原因之一在于他们往往采用了高速的光学振镜进行大角度范围(180-270)的激光扫描,并且测距使用了计算发射/反射激光束相位差的手段进行。当然他们的性能也是很强的,一 般扫描的频率都在10Hz以上,精度也在几个毫米的级别。 2D激光雷达使用单束点状激光进行扫描,因此只能采集一个截面的距离信息。如果要测量3D的数据,就需要使用如下2种方式进行扩充: 1. 采用线状激光器 2. 使用一个2D激光雷达扫描,同时在另一个轴进行旋转。从而扫描出3D信息。 第一种方式是改变激光器的输出模式,由原先的一个点变成一条线型光。扫描仪通过测量这束线型光在待测目标物体上的反射从而一次性获得一个扫描截面的数据。这样做的好处是扫描速度可以很快,精度也比较高。但缺点是由于激光变成了一条线段,其亮度(强度)将随着距离大幅衰减,因此测距范围很有限。对于近距离(<10m)的测距扫描而言,这种方式还是 很有效并且极具性价比的,本文介绍的激光雷达也使用这种方式,

量子阱半导体激光器

量子阱半导体激光器 :本文主要叙述了量子阱半导体激光器发展背景、基本理论、主要应用与发展现状。一、发展背景 1962年后期,美国研制成功GaAs同质结半导体激光器,第一代半导体激光器产生。但 这一代激光器只能在液氮温度下脉冲工作,无实用价值。直到1967年人们使用液相外延的方法制成了单异质结激光器,实现了在室温下脉冲工作的半导体激光器。1970年,贝尔实验室有一举实现了双异质结构的在室温下连续工作的半导体激光器。至此之后,半导体激光 器得到了突飞猛进的发展。半导体激光器具有许多突出的优点:转换效率高、覆盖波段范围 广、使用寿命长、可直接调制、体积小、重量轻、价格便宜、易集成等。其发展速度之快、 应用范围之广、潜力之大是其它激光器所无法比拟的。但是,由于应用的需要,半导体激光 器的性能有待进一步提高。 80年代,量子阱结构的出现使半导体激光器出现了大的飞跃。量子阱结构源于60年代末期贝尔实验室的江崎(Esaki)和朱肇祥提出超薄层晶体的量子尺寸效应。当超薄有源层材料 后小于电子的德布罗意波长时,有源区就变成了势阱区,两侧的宽带系材料成为势垒区,电 子和空穴沿垂直阱壁方向的运动出现量子化特点。从而使半导体能带出现了与块状半导体完

全不同的形状与结构。在此基础上,根据需要,通过改变超薄层的应变量使能带结构发生变 化,发展起来了应变量子阱结构。这种所谓“能带工程”赋予半导体激光器以新的生命力, 其器件性能出现大的飞跃。具有量子阱结构的量子阱半导体激光器与双异质结半导体激光器 (DH)相比,具有阈值电流密度低、量子效应好、温度特性好、输出功率大、动态特性好、 寿命长、激射波长可以更短等等优点。目前,量子阱已成为人们公认的半导体激光器发展的 根本动力。 其发展历程大概为:1976年,人们用GaInAsP/InP实现了长波长激光器。对于激光腔 结构,Kogelnik和Shank提出了分布反馈结构,它能以单片形式形成谐振腔。Nakamura用实验证明了用光泵浦的GaAs材料形成的分布反馈激光器(DBR)。Suematsu提出了用于光通信的动态单模激光概念,并用整体激光器验证了这种想法。1977年,人们提出了所谓的面 发射激光器,并于1979年做出了第一个器件。目前,垂直腔面发射激光器(VECSEL)已用于千兆位以太网的高速网络。自从Nakamura实现了GaInN/GaN蓝光激光器,可见光半导体激 光器在光盘系统中得到了广泛应用,如CD播放器、DVD系统和高密度光存储器。1994年,一种具有全新机理的波长可变、可调谐的量子级联激光器研制成功,且最近,在此又基础上

大功率宽面808nm GaAsPAlGaAs量子阱激光器分别限制结构设计

第26卷 第12期2005年12月 半 导 体 学 报 CHIN ESE J OURNAL OF SEMICONDUCTORS Vol.26 No.12 Dec.,2005 2005206216收到,2005207221定稿 Ζ2005中国电子学会 大功率宽面808nm G aAsP/Al G aAs 量子阱激光器 分别限制结构设计 王 俊 马骁宇 林 涛 郑 凯 冯小明 (中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,北京 100083) 摘要:本文对有源区条宽100 μm 的GaAsP/Al G aAs 808nm 量子阱激光器分别限制结构进行了理论分析和设计.选取了三种情况的波导层和限制层的铝组分,分别计算和分析了波导层厚度与激光器光限制因子、最大出光功率、垂直发散角和阈值电流密度的函数关系.根据计算结果可知:当波导层和限制层铝组分为014和015时,采用窄波导结构可以获得器件的最大输出功率为1112W ,发散角为19°,阈值电流密度为266A/cm 2;采用宽波导结构可以得到器件的最大输出功率为914W ,发散角为32°,阈值电流密度为239A/cm 2. 关键词:大功率808nm 半导体激光器;G aAsP/Al GaAs 量子阱激光器;分别限制异质结构 PACC :4255P ;4260B EEACC :4320J 中图分类号:TN248.4 文献标识码:A 文章编号:025324177(2005)1222449206 1 引言 大功率808nm 半导体量子阱激光器被广泛应用于泵浦固体激光器、激光加工和激光医疗等领域.由于实际应用要求激光器的功率越来越大,人们采用各种材料和结构来提高激光器的功率.从外延片的材料和结构上看,有匹配量子阱和应变量子阱结构,含铝结构和无铝结构以及大光腔结构等[1,2].一般对808nm 半导体量子阱激光器而言,限制其输出光功率的主要因素有:高输出光功率密度引起的腔面光学灾变损伤;各种载流子非辐射复合和漏电流引起的有源区和腔面温升[3]. 由于Al GaAs 和GaAs 材料的外延技术成熟,Al GaAs/GaAs 量子阱结构是大功率808nm 半导体 量子阱激光器常用的结构.但是,由于含铝有源区容易氧化和产生暗线缺陷,腔面光学灾变功率密度不高,从而限制了激光器的功率和寿命 [4] .与含铝材料 相比,无铝材料具有高的腔面光学灾变功率密度、热导率和电导率,且不易氧化,因而有利于提高器件功率和可靠性[5].对于全无铝材料结构,虽然具有上述优点,但是由于量子阱层与垒和上限制层形成异质结的导带带阶较小,会造成较强的载流子泄漏,从而 导致阈值电流密度增加,外量子效率下降,温度特性 变差[6].因此,人们提出采用无铝材料作为有源区,而波导层和限制层采用导带带阶较大的含铝材料,如GaAsP/Al GaAs 结构.这种量子阱有源区结构具有无铝材料的优点,且量子阱层与波导层和上限制层的较大导带带阶能够有效减小漏电流,降低阈值电流密度,改善激光器温度特性.另外,GaAsP/Al 2GaAs 张应变量子阱在端面的驰豫形成非吸收窗 口,能够减少端面对光子的吸收[7]. Erbert [8]研究了GaAsP/Al GaAs 大光腔结构 量子阱激光器.在激射波长715nm 至840nm 范围内,他们获得了高的输出功率和转换效率.Sebas 2tian [9]研究了大光腔结构810nm GaAsP/Al GaAs 激光器,也得到了高的输出功率和良好的光束特性.但是到目前为止,还没有研究人员从理论上对GaAsP/Al GaAs 量子阱激光器进行分析和设计.本 文从理论上对GaAsP/Al GaAs 分别限制结构量子阱激光器进行了分析.对一定的波导层和限制层铝 组分,采用窄波导结构可以获得条宽100 μm 器件的最大输出功率为1112W ,发散角为19°,阈值电流密度为266A/cm 2;采用宽波导结构可以得到器件的最大输出功率为914W ,发散角为32°,阈值电流密度为239A/cm 2.

半导体激光器工作原理及主要参数

半导体激光器工作原理及主要参数 OFweek激光网讯:半导体激光器又称为激光二极管(LD,Laser Diode),是采用半导体材料作为工作物质而产生受激发射的一类激光器。常用材料有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦激励三种形式。半导体激光器件,一般可分为同质结、单异质结、双异质结。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件,而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器的优点在于体积小、重量轻、运转可靠、能耗低、效率高、寿命长、高速调制,因此半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光医疗、激光测距、激光雷达、自动控制、检测仪器等领域得到了广泛的应用。 半导体激光器工作原理是:通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种:电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS(砷化镓)、InAS(砷化铟)、Insb(锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶(PbS、CdS、ZhO等)作为工作物质,通过由外 部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶(GaAS、InAs、InSb等)作为工作物质,以其它激光器发出的激光作光泵激励。 目前在半导体激光器件中,性能较好、应用较广的是:具有双异质结构的电注入式GaAs 二极管半导体激光器。 半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带,导带上面可以让电子自由运动,而价带下面可以让空穴自由运动,导带和价带之间隔着一条禁带,当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电,而带有电能的电子从导带跳回价带,又可以把电的能量变成光,这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。 小功率半导体激光器(信息型激光器),主要用于信息技术领域,例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器(DFB-LD)、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器(405nm、532nm、635nm、650nm、670nm)。这些 器件的特征是:单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。 大功率半导体激光器(功率型激光器),主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。 半导体激光器主要参数: 波长nm:激光器工作波长,例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。 阈值电流Ith:激光二极管开始产生激光振荡的电流,对小功率激光器而言其值约在数 十毫安。

量子阱半导体激光器简述

上海大学2016~2017 学年秋季学期研究生课程考试 (论文) 课程名称:半导体材料(Semiconductor Materials) 课程编号:101101911 论文题目: 量子阱及量子阱半导体激光器简述 研究生姓名: 陈卓学号: 16722180 论文评语: (选题文献综述实验方案结论合理性撰写规范性不足之处) 任课教师: 张兆春评阅日期: 课程考核成绩

量子阱及量子阱半导体激光器简述 陈卓 (上海大学材料科学与工程学院电子信息材料系,上海200444) 摘要: 本文接续课堂所讲的半导体激光二极管进行展开。对量子阱结构及其特性以及量子阱激光器的结构特点进行阐释。最后列举了近些年对量子阱激光器的相关研究,包括阱层设计优化、外部环境的影响(粒子辐射)、电子阻挡层的设计、生长工艺优化等。 关键词:量子阱量子尺寸效应量子阱激光器工艺优化

一、引言 半导体激光器自从1962年诞生以来,就以其优越的性能得到了极为广泛的应用[1],它具有许多突出的优点:转换效率高、覆盖波段范围广、使用寿命长、可直接调制、体积小、重量轻、价格便宜、易集成等。随着新材料新结构的不断涌现和制造工艺水平的不断提高,其各方面的性能也进一步得到改善,应用范围也不在再局限于信息传输和信息存储,而是逐渐渗透到材料加工、精密测量、军事、医学和生物等领域,正在迅速占领过去由气体和固体激光器所占据的市场。 20世纪70年代的双异质结激光器、80年代的量子阱激光器和90年代出现的应变量子阱激光器是半导体激光器发展过程中的三个里程碑。[2]制作量子阱结构需要用超薄层的薄膜生长技术,如分子外延术(MBE)、金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE)和原子束外延等。[3]我国早在1974年就开始设计和制造分子束外延(MBE)设备,而直到1986年才成功的制造出多量子阱激光器,在1992年中科院半导体所(ISCAS)使用国产的MBE设备制成的GRIN-SCH InGaAs/GaAs应变多量子阱激光器室温下阈值电流为1.55mA,连续输出功率大于30mW,输出波长为1026nm。[4] 量子阱特别是应变量子阱材料的引入减少了载流子的一个自由度,改变了K 空间的能带结构,极大的提高了半导体激光器的性能,使垂直腔表面发射激光器成为现实,使近几年取得突破的GaN蓝绿光激光器成为新的研究热点和新的经济增长点,并将使半导体激光器成为光子集成(PIC)和光电子集成(OEIC)的核心器件。 减少载流子一个自由度的量子阱已经使半导体激光器受益匪浅,再减少一个自由度的所谓量子线(QL)以及在三维都使电子受限的所谓量子点(QD)将会使半导体激光器的性能发生更大的改善,这已经受到了许多科学家的关注,成为半导体材料的前沿课题。 二、量子阱的结构与特性 1、态密度、量子尺寸效应与能带 量子阱由交替生长两种半导体材料薄层组成的半导体超晶格产生。超晶格结构源于60年代末期贝尔实验室的江崎(Esaki)和朱肇祥提出超薄层晶体的量子尺寸效应。当超薄有源层材料后小于电子的德布罗意波长时,有源区就变成了势阱区,两侧的宽带系材料成为势垒区,电子和空穴沿垂直阱壁方向的运动出现量子化特点。从而使半导体能带出现了与块状半导体完全不同的形状与结构。1970年首次在GaAs半导体上制成了超晶格结构。江崎(Esaki)等人把超晶格分为两类:成分超晶格和掺杂超晶格。理想超晶格的空间结构及两种材料的能带分布分别如图1和图2。

半导体激光器工作原理

半导体激光器工作原理 半导体激光器工作原理是:通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种:电注入式、电子束激励式和光泵浦激励式。电注入式半导体激光器一般是由GaAS(砷化镓)、InAS(砷化铟)、Insb (锑化铟)等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射。电子束激励式半导体激光器一般用N型或者P型半导体单晶(PbS、CdS、ZhO等)作为工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励。光泵浦激励式半导体激光器一般用N型或P型半导体单晶(GaAS、InAs、InSb等)作为工作物质,以其它激光器发出的激光作光泵激励。

目前在半导体激光器件中,性能较好、应用较广的是:具有双异质结构的电注入式GaAs二极管半导体激光器。 半导体光电器件的工作波长与半导体材料的种类有关。半导体材料中存在着导带和价带,导带上面可以让电子自由运动,而价带下面可以让空穴自由运动,导带和价带之间隔着一条禁带,当电子吸收了光的能量从价带跳跃到导带中去时就把光的能量变成了电,而带有电能的电子从导带跳回价带,又可以把电的能量变成光,这时材料禁带的宽度就决定了光电器件的工作波长。 小功率半导体激光器(信息型激光器),主要用于信息技术领域,例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈和动态单模激光器(DFB-LD)、窄线宽可调谐激光器、用于光盘等信息处理领域的可见光波长激光器(405nm、532nm、635nm、650nm、670nm)。这些器件的特征是:单频窄线宽、高速率、可调谐、短波长、光电单片集成化等。大功率半导体激光器(功率型激光器),主要用于泵浦源、激光加工系统、印刷行业、生物医疗等领域。 半导体激光器主要参数: 1.波长nm:激光器工作波长,例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。 2.阈值电流Ith:激光二极管开始产生激光振荡的电流,对小功率激光器而言其值约在数十毫安。 3.工作电流Iop:激光二极管达到额定输出功率时的驱动电流,此

44瓦超高功率808nm半导体激光器设计和制作

44瓦超高功率808 nm半导体激光器设计与制作 仇伯仓,胡海,何晋国 深圳清华大学研究院 深圳瑞波光电子有限公司 1. 引言 半导体激光器采用III-V化合物为其有源介质,通常通过电注入,在有源区通过电子与空穴复合将注入的电能量转换为光子能量。与固态或气体激光相比,半导体激光具有十分显著的特点:1)能量转换效率高,比如典型的808 nm高功率激光的最高电光转换效率可以高达65%以上 [1],与之成为鲜明对照的是,CO2气体激光的能量转换效率仅有10%,而采用传统灯光泵浦的固态激光的能量转换效率更低, 只有1%左右;2)体积小。一个出射功率超过10 W 的半导体激光芯片尺寸大约为0.3 mm3, 而一台固态激光更有可能占据实验室的整整一张工作台;3)可靠性高,平均寿命估计可以长达数十万小时[2];4)价格低廉。半导体激光也同样遵从集成电路工业中的摩尔定律,即性能指标随时间以指数上升的趋势改善,而价格则随时间以指数形式下降。正是因为半导体激光的上述优点,使其愈来愈广泛地应用到国计民生的各个方面,诸如工业应用、信息技术、激光显示、激光医疗以及科学研究与国防应用。随着激光芯片性能的不断提高与其价格的持续下降,以808 nm 以及9xx nm为代表的高功率激光器件已经成为激光加工系统的最核心的关键部件。高功率激光芯片有若干重要技术指标,包括能量转换效率以及器件运行可靠性等。器件的能量转换效率主要取决于芯片的外延结构与器件结构设计,而运行可靠性主要与芯片的腔面处理工艺有关。本文首先简要综述高功率激光的设计思想以及腔面处理方法,随后展示深圳清华大学研究院和深圳瑞波光电子有限公司在研发808nm高功率单管激光芯片方面所取得的主要进展。 2.高功率激光结构设计 图1. 半导体激光外延结构示意图

一字线定位灯(一字激光定位灯)

上海磐川光电科技有限公司 一字线定位灯 (一字激光定位灯) 产品说明书

一字线定位灯(一字线激光定位灯)型号:PL-66100L 专业术语:一字线定位灯 又俗称:一字线激光定位灯,一字定位灯,一字划线仪,红光一字线定位仪,一字线光源,一字线光源激光器等 产品特点:*半导体激光管芯; *高效透过率光学系统; *智能反馈控制电路; *低功耗,高效能光功率输出; 应用领域:广泛引用于工业机械设备标线定位,防伪检测,机械、金属锯床、SMT/电路板的对刀、标线、定位、对齐等

产品工业用途: 一字线定位灯(一字线激光定位灯)的特点除了激光器的单色性好、相干性好、方向性好以及高亮度之外一字线直度高是其重要优势,可以广泛应用于工业检测、工业机械、数控设备、电动工具、工程施工、建筑装璜、印刷、纺织服装、切割焊接等领域的激光定位、激光标线、激光水平、激光垂准、激光指示仪以及激光娱乐照明等;.方便快捷、直观实用、易于安装、稳定可靠,可以提高工作效率,降低人力和生产时间的成本,提高工作精确度。

(工业应用场合) 售后服务 产品提供一年质保,三年保修。 使用注意事项 1)激光定位灯使用应注意相关的激光使用安全规定,不能直射人眼; 2)激光器中半导体激光管属静电敏感器件,应遵守相关的静电防护规定。测试和使用环境应保证没有静电; 3)电源线请勿用力拽拉; 4)电源电压不要超过DC 5 V,最好选用激光器专用直流稳压电源供电,“+”(红线)、“?”(黑线)极性绝对不可接反; 5)激光器通电时,“+”(红线)、“?”(黑线)极电源线绝对不可短路,以免烧毁激光器; 6)自制稳压电源请注意消除浪涌脉冲电压电流,稳压5V或<5V将延长使用寿命,避免在各种浪涌脉冲较大的场合中使用激光器; 7)激光器人为损坏或私自拆开激光器后不予保修

一字线激光器(一字线定位灯)

上海磐川光电科技有限公司 产品说明书 一字线激光器 (一字线定位灯)

一字线激光器(一字线定位灯)型号:PL-635L 专业术语:一字线激光器 又俗称:一字线定位灯,一字定位灯,一字划线仪,红光一字线定位仪,一字线光源,一字线光源激光器等 产品特点:*半导体激光管芯; *智能反馈控制电路; *高效透过率光学系统; *低功耗,高效能光功率输出; 应用领域:工业机械设备标线定位,防伪检测,机械、金属锯床、SMT/电路板的对刀、标线、定位、对齐等

产品工业用途: 一字线激光器(一字线定位灯)的特点除了激光器的单色性好、相干性好、方向性好以及高亮度之外一字线直度高是其重要优势,可以广泛应用于工业检测、工业机械、数控设备、电动工具、工程施工、建筑装璜、印刷、纺织服装、切割焊接等领域的激光定位、激光标线、激光水平、激光垂准、激光指示仪以及激光娱乐照明等;.方便快捷、直观实用、易于安装、稳定可靠,可以提高工作效率,降低人力和生产时间的成本,提高工作精确度。

(工业应用场合) 售后服务 产品提供一年质保,三年保修。 使用注意事项 1)激光定位灯使用应注意相关的激光使用安全规定,不能直射人眼; 2)激光器中半导体激光管属静电敏感器件,应遵守相关的静电防护规定。测试和使用环境应保证没有静电; 3)电源线请勿用力拽拉; 4)电源电压不要超过DC 5 V,最好选用激光器专用直流稳压电源供电,“+”(红线)、“?”(黑线)极性绝对不可接反; 5)激光器通电时,“+”(红线)、“?”(黑线)极电源线绝对不可短路,以免烧毁激光器; 6)自制稳压电源请注意消除浪涌脉冲电压电流,稳压5V或<5V将延长使用寿命,避免在各种浪涌脉冲较大的场合中使用激光器; 7)激光器人为损坏或私自拆开激光器后不予保修

便携式手持激光器

便携式手持激光器 专用术语:手持式激光器 俗称:一字激光器,十字激光器,点状激光器、红外线一字激光器、红光一字激光器、一字定位灯,十字定位灯,红光定位灯、红光投线仪、红光对刀仪、红外线定位灯、红外线定位仪、红光一字线定位灯、石材机械专用定位灯、木材机械专用定位灯、绣花机专用定位灯、打标机专用红光点状定位灯、鞋机专用定位灯、医疗器械专用定位灯、红光十字线定位灯、一字镭射灯、十字镭射灯、一字红外线定位灯、十字红外线定位灯、十字定位灯、红外线划线仪、红外线标线器、镭射标线器、裁床定位灯、红光指示器、雕刻机定位灯、服装机械专用激光定位灯、服装机械专用镭射定位灯、桥式切割及专用红外线划线仪、裁剪裁床定位灯、激光标线仪、激光投线仪 【此激光器可以制作成一字线、十字线,焦点及线宽可以根据使用距离自行调节】手持激光器又名便携式激光器(Portable Laser)是一种小型激光器,能发出相对低功率的激光(Laser)。 应用领域:户外作业野外照明 产品特点:原装进口激光二极管,品质优良。小巧轻便、易于携带,使用简单方便。 产品介绍:激光器内含驱动电路、光学透镜、冷却系统、18650锂电池,附带充电器,输出功率30mW~5000mW。 技术指标: 输出波长:532nm 635nm 650nm 660nm 808nm 980nm 输出功率:532nm 50~300mW 635nm 0.5~30mW 650nm 0.5~200mW 660nm 5~150mW 808nm 500~5000mW 980nm 200~3000mW 工作电压:3.6V DC 工作电流:≤5500mA 光学透镜:光学镀膜玻璃透镜或塑胶透镜 尺寸:Φ36×153mm;Φ46×167mm; 工作温度:-10℃~40℃ 储存温度:-40℃~85℃ 激光等级:Ⅲb 激光产品用途: 激光的发射原理及产生过程的特殊决定了拨零贰玖陆捌伍捌壹柒零捌/玖激光具有普通光所不具有的特点:即三好(单色性好、相干性好、方向性好)一高(高亮度)。利用激光的定向性好和高亮度,可广泛应用于医疗保健、军事、安防、鉴伪、各种电动工具、仪器、设备、定位仪、激光标线仪(投线仪)、各种板材切割成型机、石材机械、木工机 械、金属锯床、包装机械的对刀、放线、服装类(缝纫机、裁剪机、自动手动断布机、开袋机、套结机、拉布机、印花机、钉扣机、铆钉机、啤机)、激光笔等

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