光纤激光器及半导体激光器的标准制定
发布人:新特光电 时间:2017-05-08 关注:

自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来, 半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。

半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域, 已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点, 使得它目前在光电子领域中应用非常广泛, 已受到世界各国的高度重视。

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。

大功率半导体激光器是一类用途非常广泛的光电子器件,输出功率可以高达百瓦、千瓦,甚至准连续输出功率达万瓦以上,而且这些器件的能量转换效率可高达 50%以上。半导体激光器相对于其他类型激光器的最大特点就是波长多样性,随着应用领域的不断拓宽,大功率激光器的研究几乎包括整个650-1 700 nm波段。目前大功率半导体激光器以及大功率半导体激光器泵浦固体激光器在材料加工、激光打标、激光打印、激光扫描、激光测距、激光存储、激光显示,照 明、激光医疗等民用领域,以及激光打靶、激光制导、激光夜视、激光武器等军事领域均得到广泛应用。

光纤激光器的发展几乎与激光器并 驾齐驱。早在1961年,美国光学公司就开始了光纤激光器的研究工作。20世纪80年代英国南安普顿大学的S.B.Poole等人用MOCVD法制成低损 耗的掺铒光纤,由于掺铒光纤激光器激射波长恰好位于光通信的低损耗窗口,随着掺铒光纤放大器(EDFA)在光通信领域中的地位不断提高,才使光纤激光器成 为研究热点。但是,早期的光纤激光器是将泵浦光直接耦合进直径小于10 Lm的单模光纤芯,耦合效率低,导致光纤激光器的输出功率较低,一般输出功率为毫瓦量级。然而,大多数应用领域更需要瓦级的光功率输出。由于受到光纤制作 技术、泵浦光源以及光学技术的限制,光纤激光器发展比较缓慢。直到1988 年美国宝丽来公司Snitzer 等人发明了具有内包层结构的掺Nd3+双包层光纤激光器,使得掺杂光纤的吸收效率有了显著的提高,在十几米甚至更远距离内吸收效率达到90% 以上。双包层光纤的发明为瓦级甚至更高功率单模光纤激光器的实现提供了坚实的基础。20世纪90年代后期,随着半导体激光器及其掺杂光纤制作技术的日益成 熟,光纤激光器的研究也取得了重大进展,其输出功率从1994年的500mW提高到2002年的2000W。

高功率光纤激光器将半导体激光器泵浦技术和双包层光纤掺杂制造技术有机结合起来,吸收两者优势,将高功率、低亮度、廉价的多模LD光通过泵浦双包层光纤结 构, 实现高亮度、衍射受限的单模激光输出,大大提高了耦合及转换效率,增加了输出激光功率。它以散热性能好、转换效率高、激光阈值低、可调谐范围宽、光束质量 好、免维护等显著优势,受到各国科技工作者的重视。

 光纤激光器应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻、激光打标、激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割 /焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。

目前,随着光纤通信系统的广泛应用和发展,超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。其中,以光纤作基质的光纤激光器,在 降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面,已明显取得进步,是目前光通信领域的新兴技术,它可以用于现有的通信系统,使之支持更高的传输速度,是未 来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一。

我国加紧制定半导体激光器和光纤激光器二个产品标准

由“全国光辐射安全和激光设备标准化技术委员会”(SAC/TC284)归口组织编写的“半导体激光器总规范”,以及由(SAC/TC284)下属的“大 功率激光器应用分技术委员会”(TC284/SC2),组织编写的“光纤激光器总规范”这二个产品标准正在加紧制定中。

“半导体激光器总规范”是由西安炬光科技公司牵头,中科院西安光机所、北京国科激光公司、武汉华工正源光子公司、中科院半导体所、中国电子科技集团13所和44所等7个单位的21位专家,联合制定的这项标准将作为国家标准实施的。

已于2013年上半年将征求意见稿发到行业内的147个单位,在征集意见的基础上于2013年6月下旬在京召开了标准征求意见稿会议,以便形成送审稿。

“光纤激光器总规范”由武汉锐科光纤激光器技术公司牵头,武汉华工激光工程公司、华中科大激光加工国家中心、深圳大族激光等4个单位的6位专家,于 2012年9月完成了讨论稿。并拟联合中科院长春光机所、上海光机所等单位共同制定作为我国的行业标准,计划2014年完成。

直接半导体激光器和光纤激光器在工业方面的应用,尤其在发展我国高功率激光切割、激光焊接、激光熔复,以及激光直接制造等方面的应用前景,和参与国际市场的竞争,此二标准的影响将是深远的。

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