众望达技术有限公司 郑鸿章
最近几年来，高功率半导体激光器越来越多地为许多应用也生产，如直接的材料处理、光纤激光和放大器泵浦、自由空间光通讯、印刷和医疗等。这些首要归功于激光器结构设计的发展、半导体材料和可靠的封装技术。特别是，半导体激光器的封装使得激光器件能工作于高墙插效率，提高稳定性能并节省使用者的使用成本。尽管最近几年来获得的种种进展，但封装、测试及稳定性能等依然占据光纤耦合输出的半导体激光器的大量成本。我们开发的新半导体激光耦合设计和工艺使得低成本、高可靠性的半导体光纤激光器耦合变成可能，同时也使得可以使用自动化大批量得机器封装。
本文里，我们讨论一款现有的小管脚封装、高亮度、4w、100um、0.15NA光纤输出的半导体激光器的热建模。这种封装方式非常适合于那些对稳定性要求高过于用胶和阵列封装方式的半导体激光器。图1显示这种封装的尺寸和外观(OFP).
图1: 外观尺寸
这种光学平面封装设计的主要优点如下：
1. 小尺寸
2. 可垂直叠装
3. 无流质和胶
4. 完全密封
5. 低热效应
6. 低成本
7. 高功率 (>6W 光纤输出)
所有的封装过程是在无流体环境中进行的。这种是一种无胶的密封封装，使激光器的运行可靠性很高。使用材料和封装程序的节省，减低了可观的封装成本。这种封装因消除了所有非垂直装配步骤，使得自动化封装带光纤耦合输出得半导体激光器成为可能。其他特点包括固定的无源连接部分和集成的光纤耦合等。
激光器到光纤的耦合是采用楔型透镜光纤。这种造型只需要单步光纤对准。这种光纤采用Au/Sn焊接固定在一个非常强健、稳定和具有保护性能的附件上。我们做了大量的热建模来分析理解这种结构的机械和热变形对光纤位置和耦合效率的影响，并且在设计中适当地加入合适的材料和工艺过程。
典型的光纤输出LI曲线，10pcs OFP-4的实际测试结果如图2。所有这些激光器样品是采用100um反射面，耦合到105/125um 纤芯/包层，0.22NA光纤中。指标显示在输入为6A时获得4W的激光功率输出。光纤未采用AR镀膜时，耦合效率大约是85%。
图2: 光纤输出光功率- 电流图，10pcs 光学平面封装，光纤105um, 0.22NA.
虽然这种OFP封装并不是严格按照高功率应用的电信标准进行设计，仍然有很多用户对这种高功率封装的Telcordia感兴趣。我们已经做了很多遵照GR-468标准的测试，来帮助我们理解这种封装的边际应用条件。OFP封装已经通过了以下Telcordia GR-468 的机械性能测试：
1. 震动: PASS
2. 温度循环: PASS
3. 光纤抗拉: PASS
OFP正在进行加速老化测试，以获得寿命数据和FIT率。其他的有关密封技术也正在开发之中。我们也同时在进一步改善封装设计以获得不同的平板式半导体激光器并提高出纤功率。
后注：目前我公司提供的高可靠性6W光纤输出的半导体激光器，被誉为半导体封装的第二类技术，产品已广泛用于光纤激光器、光纤遥感、光纤测距等领域。
摘自 光纤在线
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