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Sheaumann 的(de)單(dan)片 MOPA 技(ji)術為(wei)新興應(ying)用(yong)領(ling)域提供(gong)了錐形(xing)半導體激(ji)光器，包括用(yong)于自動駕駛(shi)汽(qi)車的(de)激(ji)光雷達。

輸出功(gong)率(lv)大于 10 W 的多模(mo)半導(dao)體激(ji)(ji)光(guang)二極管已(yi)很容易獲(huo)得。然而，無需(xu)光(guang)泵(beng)浦就(jiu)能(neng)在如此大功(gong)率(lv)水平下(xia)工作的單模(mo)激(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)以前只有大學或(huo)政(zheng)府實驗室才(cai)能(neng)制造(zao)。Sheaumann 正(zheng)致力于制造(zao)一種商業上可(ke)行(xing)的單片主振(zhen)蕩器(qi)(qi)功(gong)率(lv)放(fang)大器(qi)(qi)（MOPA），其形式為錐形激(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)，功(gong)率(lv)超過 8 W，可(ke)真正(zheng)實現單縱模(mo)運行(xing)。這是嘗試(shi)開(kai)發可(ke)制造(zao)、堅固(gu)可(ke)靠的商用錐形激(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)，尤其是在這種功(gong)率(lv)下(xia)。

這張由 Sheaumann Laser 公司開發的(de)集成錐(zhui)形激(ji)光器示(shi)意(yi)圖(tu)顯示(shi)了(le)它的(de)三(san)個主要(yao)組成部分；請注意(yi)，該示(shi)意(yi)圖(tu)不按比例(li)繪制。

ADAM ERLICH

輸出功率(lv)大于 10 W 的(de)(de)多模(mo)半導體激光二極(ji)管很容(rong)易獲(huo)得(de)。然而(er)，無(wu)需光泵浦就(jiu)能以如此大的(de)(de)功率(lv)水(shui)平運(yun)行(xing)的(de)(de)單模(mo)激光器(qi)(qi)以前只有大學或(huo)政府實驗室才能制(zhi)造。Sheaumann Laser 公司（馬(ma)薩諸(zhu)塞州馬(ma)爾(er)堡市）正與馬(ma)薩諸(zhu)塞州洛厄(e)爾(er)大學（馬(ma)薩諸(zhu)塞州洛厄(e)爾(er)市）合作(zuo)，以錐形(xing)激光器(qi)(qi)的(de)(de)形(xing)式制(zhi)造一種(zhong)具有商業可(ke)行(xing)性的(de)(de)單片(pian)主振(zhen)蕩器(qi)(qi)功率(lv)放大器(qi)(qi)（MOPA），其(qi)功率(lv)水(shui)平超過 8 W，可(ke)進(jin)行(xing)真正的(de)(de)單縱模(mo)工作(zuo)。

這種錐形激(ji)光(guang)(guang)器(qi)是一種單片集成(cheng)的光(guang)(guang)子器(qi)件，能夠在高功率下實現真正(zheng)的單模輸出。它(ta)包括一個主振(zhen)蕩(dang)器(qi)部分，由(you)帶有集成(cheng)布拉(la)格反射器(qi)的種子激(ji)光(guang)(guang)器(qi)和(he)功率放大器(qi)部分組成(cheng)。

目(mu)前(qian)，市場上現(xian)有(you)(you)的(de)單(dan)模(mo)光源功率不足、集(ji)成復雜、體積龐大(da)、價格昂貴。Sheaumann 公司(si)的(de)新(xin)型單(dan)片(pian)錐形激光器可提供真正的(de)單(dan)模(mo)操(cao)作(zuo)，而沒有(you)(you)現(xian)有(you)(you)解決方案的(de)缺點(dian)。

這(zhe)(zhe)種錐形激(ji)光(guang)器的獨特之處(chu)在于(yu)它是一種高功率、單(dan)片式(shi)器件，因此結構(gou)緊湊，批量生產成本(ben)低。與二極管(guan)泵浦固態(tai)（DPSS）激(ji)光(guang)器相比，單(dan)片結構(gou)的另一個好處(chu)是整體(ti)效率更高。這(zhe)(zhe)是因為 DPSS 激(ji)光(guang)器采用光(guang)學泵浦，而(er)錐形激(ji)光(guang)器則(ze)直接(jie)將電能轉換為激(ji)光(guang)。

開發細節

雖然也有其他(ta)錐形(xing)激光(guang)放大器作為獨立解決方案(an)，但它們需(xu)要進一(yi)步集(ji)成(cheng)，無法實(shi)現單片設備的優(you)勢。統一(yi)結(jie)構(gou)將占地面積減少(shao)了約 2 倍，同時降低了封(feng)裝成(cheng)本。此外，集(ji)成(cheng)結(jie)構(gou)還能防(fang)止(zhi)獨立組件之間的機(ji)械(xie)對準誤差，并使其更容易集(ji)成(cheng)到(dao)光(guang)纖(xian)耦合封(feng)裝中。創建這種(zhong)結(jie)構(gou)并使其協同工作是一(yi)個復(fu)雜(za)的開發過程。

這種集(ji)成(cheng)系統需(xu)要(yao)大(da)(da)量(liang)的(de)(de)建(jian)模和(he)實證工作(zuo)，以(yi)同(tong)時優(you)化組(zu)成(cheng)錐(zhui)形(xing)激光器(qi)的(de)(de)三個器(qi)件中每個器(qi)件的(de)(de)外延(yan)和(he)制造。例如，要(yao)保持良好的(de)(de)模式(shi)結構(gou)，就需(xu)要(yao)優(you)化器(qi)件各個元件的(de)(de)外延(yan)層。在分(fen)布(bu)式(shi)布(bu)拉格反(fan)射(she)器(qi)（DBR）部(bu)(bu)分(fen)設計(ji)合(he)適的(de)(de)光柵也(ye)同(tong)樣重(zhong)要(yao)。這一設計(ji)非常復雜，因(yin)(yin)為(wei)需(xu)要(yao)確定占空(kong)比和(he)蝕刻深(shen)度(du)等參數，以(yi)產(chan)生適當的(de)(de)光束性能，這不(bu)僅適用于作(zuo)為(wei)獨(du)立部(bu)(bu)分(fen)的(de)(de)分(fen)布(bu)式(shi)布(bu)拉格反(fan)射(she)器(qi)，也(ye)適用于分(fen)布(bu)式(shi)布(bu)拉格反(fan)射(she)器(qi)和(he)放(fang)大(da)(da)器(qi)之間的(de)(de)相互作(zuo)用。這是因(yin)(yin)為(wei) DBR 部(bu)(bu)分(fen)和(he)放(fang)大(da)(da)器(qi)部(bu)(bu)分(fen)共同(tong)形(xing)成(cheng)的(de)(de)空(kong)腔(qiang)(qiang)長度(du)要(yao)大(da)(da)于 DBR 單獨(du)形(xing)成(cheng)的(de)(de)空(kong)腔(qiang)(qiang)長度(du)。

開發錐形激光(guang)器的(de)(de)另一個關鍵環(huan)節(jie)是正(zheng)確實施電(dian)氣連接(jie)和電(dian)源管(guan)(guan)理。主振(zhen)蕩(dang)器部分(fen)(fen)由帶集成布拉(la)格反射(she)器的(de)(de)種(zhong)子激光(guang)器和功率放大(da)器部分(fen)(fen)組成。芯片(pian)的(de)(de)這一部分(fen)(fen)需要(yao)毫安電(dian)流(liu)(liu)才能工作，而(er)與振(zhen)蕩(dang)器相鄰(lin)的(de)(de)是錐形放大(da)器部分(fen)(fen)，其工作電(dian)流(liu)(liu)為安培。在(zai)盡量減(jian)少串擾的(de)(de)同(tong)時為兩(liang)側提供接(jie)觸點至關重(zhong)要(yao)，否則會導致種(zhong)子激光(guang)器失效。要(yao)在(zai)小的(de)(de)半導體(ti)空間內(nei)滿足這些不(bu)同(tong)的(de)(de)電(dian)流(liu)(liu)要(yao)求(qiu)，需要(yao)在(zai)電(dian)源管(guan)(guan)理和開發良好的(de)(de)電(dian)氣連接(jie)方(fang)面采用(yong)創新方(fang)法。

單(dan)片結構(gou)的(de)(de)主要(yao)優(you)勢之(zhi)一(yi)是可(ke)以減少封裝的(de)(de)占地面積，并防(fang)止(zhi)獨(du)立組(zu)件(jian)之(zhi)間(jian)出現(xian)(xian)機(ji)械(xie)對齊誤差。Sheaumann 公司的(de)(de)工程師(shi)們在開發集成設備的(de)(de)過(guo)程中(zhong)遇(yu)到的(de)(de)一(yi)個難題是，既要(yao)獲得穩(wen)定的(de)(de)模(mo)式(shi)行為和良好的(de)(de)光束質量(liang)，又要(yao)實現(xian)(xian)高功率運行。此(ci)外，還須以可(ke)接受的(de)(de)閾值電流和斜率效率來(lai)實現(xian)(xian)這一(yi)功率。

可靠性和使用(yong)(yong)壽命與(yu)適當的(de)熱管理直接相關。高(gao)功率半導體激(ji)光(guang)器需要創(chuang)新(xin)的(de)封裝和冷卻技(ji)術才能可靠運行。為了散熱，我們開發(fa)了將子安裝件與(yu)散熱片(pian)連(lian)接起來的(de)創(chuang)新(xin)解決方案。此外，為了確保使用(yong)(yong)壽命和可靠性，還須能夠開發(fa)出(chu)能夠承(cheng)受(shou)高(gao)功率的(de)刻面涂層。

要開發(fa)出將獨立器件(jian)元(yuan)件(jian)作為一(yi)(yi)個(ge)整體的統一(yi)(yi)結(jie)構，尤其是在整個(ge)晶(jing)圓上生(sheng)產時(shi)，需(xu)要精心的設(she)計、規(gui)劃(hua)和執行。Sheaumann開發(fa)了一(yi)(yi)套(tao)工藝流程，以滿足子元(yuan)件(jian)級和晶(jing)圓級每個(ge)元(yuan)件(jian)的需(xu)求。

技術優勢

與同(tong)類技術相比，澳門葡京娛(yu)樂網址錐形激光(guang)器具有許多實(shi)際優勢。由于錐形激光(guang)器是一(yi)個(ge)單(dan)一(yi)的集成系統，因(yin)此可(ke)以封裝成一(yi)個(ge)緊湊的外形尺寸，并可(ke)與光(guang)纖(xian)耦合(he)。雖然(ran) DPSS 激光(guang)器可(ke)以實(shi)現高(gao)功率、單(dan)模運行，但 DPSS 通常比錐形激光(guang)器至少大(da)一(yi)個(ge)數量級，而且效率較低(di)。

目前，常用的(de)真正(zheng)單(dan)模(mo)工作光(guang)(guang)源(yuan)包括 DBR 二(er)極管激(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)、分布式(shi)反饋 (DFB) 激(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)、脊形激(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)和廣域發射器(qi)。4 與單(dan)片(pian)澳門威尼斯人官網業激(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)相比(bi)，DBR 激(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)在 500 mW 光(guang)(guang)譜(pu)單(dan)模(mo)工作時會出現明(ming)顯的(de)光(guang)(guang)譜(pu)跳模(mo)和較高(gao)的(de)熱(re)漂移。雖然脊狀激(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)能提供良(liang)好的(de)光(guang)(guang)束(shu)質量，但(dan)卻(que)無法提供高(gao)功率(lv)，而廣域發射器(qi)雖然能提供高(gao)功率(lv)，但(dan)光(guang)(guang)束(shu)質量較差，而且會產生災難性(xing)光(guang)(guang)損傷（COD）等不必要的(de)熱(re)效應。

Sheaumann 目(mu)前正在開(kai)發(fa)一(yi)種波(bo)長(chang)(chang)為 1060 nm 的錐形(xing)(xing)激光器，其他波(bo)長(chang)(chang)從 780 nm 到 1080 nm 也有可能實現。公司很(hen)快就能在磷化銦(yin)（InP）晶圓上(shang)生長(chang)(chang)，從而將波(bo)長(chang)(chang)范圍(wei)擴大(da)到 1875 nm。肖(xiao)曼公司可以定制這些錐形(xing)(xing)激光器及其他激光二極管產品，并(bing)可靠地大(da)批量(liang)生產。