一种基于功率反馈控制的半导体激光侧面泵浦模块的制作方法

本发明涉及激光，具体为一种半导体激光泵浦模块，特别是一种基于功率反馈控制的半导体激光侧面泵浦模块。

背景技术：

1、激光二极管（laser diode，ld）泵浦全固态激光器以其输出能量大、吸收均匀、结构紧凑等优点在高功率激光器领域有重要应用。在侧面泵浦全固态激光器中，泵浦模块用于产生泵浦光，并将泵浦光注入到激光晶体中。泵浦模块一般由半导体激光器及激光晶体组成，用于如专利cn201310740784一种侧面泵浦激光模块中、cn201410007183一种高平均功率二极管泵浦激光模块及其制备方法、cn201410056127半导体激光器泵浦的固体激光模块等。

2、由于半导体激光器是用金属焊料（如铟或金锡）将芯片和热沉良好的键合在一起的器件。在工作时，器件受到大电流和高温的影响，经过一段时间后，因为电、热、机械应力和材料疲劳等原因，会导致半导体激光器的体退化（芯片生长过程中引入的缺陷在器件长期工作时传播生长最终导致器件失效的退化）、面退化（器件工作过程中芯片腔面上光吸收、氧化发热导致腔面老化的退化）和焊料相关退化（焊接应力、电迁移、电热迁移形成的物理缺陷和微观结构变化导致器件应力增大和热阻升高的退化）。三类退化会使半导体激光器在工作一段时期后，在恒定驱动电流下输出功率逐渐降低。从而呈现出“寿命属性”。按照《gb/t 31358-2015半导体激光器总规范》要求，输出光功率或能量衰减到初始值的80%以下时，判定半导体激光器失效。根据实际情况调研，行业内以连续半导体激光器为泵浦源的泵浦模块工作寿命大约在几千小时；以准连续及脉冲半导体激光器为泵浦源的泵浦模块工作寿命大约在108次脉冲量级。然而该寿命指标已经越来越不能满足各类产品的应用需求。同时，泵浦模块的寿命也难以预测，不可预料的寿命终结给生产应用带来很多不利影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有泵浦模块长期稳定性不足，以及寿命难以预测的问题，提出一种基于泵浦功率反馈控制的高稳定半导体侧面泵浦模块。该方案在传统泵浦模块基础上，增加短波长半导体激光器进行宽波段匹配，增加荧光强度监测，根据荧光强度对泵浦电流进行补偿等措施实现激光器寿命提升，同时根据荧光强度变化的趋势及补偿电流大小给出剩余寿命预测，并将监测数据及预测数据传输给用户。

2、技术方案如下：首先，对泵浦半导体激光器芯片波长进行选取，区别于传统808nm单波长匹配，本方案采用短波长匹配方案，即采用短于808nm的多个波长进行组合，合成为一个相对平坦的、中心波长短于808nm的合成光谱。

3、其次，在相邻泵浦半导体激光器发光面中间设置光电探测器，对1064nm荧光强度进行监测。

4、第三，根据荧光强度监测信号，对驱动电流、温度等参数进行调节，以保证荧光强度相对稳定；当半导体激光器发光效率降低，通过提高电流进行补偿时，波长会向长波方向偏移，但因为合成光谱有一个平坦区间，因此仍能够保证荧光强度稳定。

5、第四，根据荧光强度数据、温度等其他状态监测数据变化以及预先测试的半导体激光阵列寿命曲线，得出已工作时间及预测剩余工作寿命。

6、本发明与现有技术相比的优点在于：

7、该设计可以在长时间工作后，单个半导体激光器芯片由于效率下降导致的波长红移（向长波方向移动）时，仍能维持较为恒定的泵浦效率（即能够较好的匹配晶体吸收线），从而延长泵浦模块寿命；

8、该设计可以对1064nm荧光强度进行监测，从而动态调节驱动电流，进一步延长泵浦模块寿命；

9、该设计可以通过使用数据及模块监测数据对模块剩余寿命进行预测，从而为用户确定合理的使用策略提供数据支撑；

技术特征：

1.一种基于功率反馈控制的半导体激光侧面泵浦模块，包括半导体激光阵列、模块光学元件、状态监测模块、电流调节模块、以及数据存储处理通讯模块，其特征在于：半导体激光阵列的参数被状态监测模块实时测量，并传送给电流调节模块对半导体激光阵列的供电电流进行实时调节，从而保持发光功率稳定，同时，将数据发送给数据存储处理通讯模块对数据进行存储和处理，随后将处理结果发送到用户端。

2.根据权利要求1所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：所述的半导体激光阵列的整体光谱是由多个波长组合而成，组合成中心波长短于晶体吸收峰、半高线宽比单芯片半高线宽更宽的合成光谱。

3.根据权利要求1所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：所述的状态监测模块包括采用光电转换芯片对激光晶体产生的荧光强度监测。

4.根据权利要求1所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：所述的电流调节模块能够根据探测到的荧光强度及其他泵浦模块的监测量，动态调整半导体激光阵列的驱动电流或电压。

5.根据权利要求1所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：所述的数据存储处理通讯模块将泵浦模块的运行状态数据进行存储、处理，根据寿命预测模型估算出剩余寿命。

6.根据权利要求2所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：所述的半导体激光阵列的每个波长点的阵列数量相近，以保证合成光谱带通范围内各波长强度相近。

7.根据权利要求3所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：每个光电探测器光学窗口前或窗口上镀有所需荧光波段的带通膜，即仅允许荧光光谱在波段波长范围的±1nm~±20nm光进入探测器。

8.根据权利要求3所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：所述电流调节模块放置在泵浦模块或驱动电源中。

9.根据权利要求5所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：所述的数据存储处理通讯模块中的数据在内置存储器上存储或被传输至外接存储器上存储。

10.根据权利要求5所述的半导体激光侧面泵浦模块，其特征在于：所述的数据存储处理通讯模块能够根据泵浦模块状态监测数据、已使用时间以及半导体激光器寿命曲线，对泵浦模块剩余寿命进行预测。

技术总结
本发明提出一种基于功率反馈控制的半导体激光侧面泵浦模块，包括半导体激光阵列、模块光学元件、状态监测模块、电流调节模块、以及数据存储处理通讯模块，采用多波长组合泵浦，使泵浦光光谱宽于激光晶体吸收峰，在半导体激光阵列退化时也能与激光晶体吸收峰良好匹配，采用荧光强度监测，并根据监测强度及其他模块状态监测数据对半导体激光阵列电流进行动态调节从而在半导体激光阵列转换效率下降时保持荧光强度稳定，同时，将半导体激光泵浦模块的各类状态监测数据存储，并与半导体激光阵列寿命曲线对比得出剩余寿命预测数据，传输到用户终端。本发明解决了传统泵浦模块长期稳定性不足的技术问题。

技术研发人员：齐宝华
受保护的技术使用者：北京直方光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13