半导体激光器(15501310)高低温循环寿命研究
半导体激光器（1550/1310）高低温循环寿命研究
苏美开
（济南福来斯光电技术室，flsoe@https://www.wendangku.net/doc/7710558725.html, ）
摘要：研究了通信用的1310nm 半导体激光二极管(LD)组件的使用寿命。通过实验，模拟不同环境条件下，对其进行了高低温循环寿命的实验研究，建立了循环寿命的数学模型。结果表明：循环寿命与循环的温差、循环的速度成指数关系，通过测试器件在高温差、高循环速度条件下的循环寿命，外推器件正常工作条件下的循环寿命。从而得到器件可靠性数据，为工艺设计人员提出量化数据。
关键词：半导体激光器组件，高低温循环寿命，寿命数学模型
Research on High-low Temperature Cycle Lifetime of 1310nm LDs Modules
Abstract : A mathematical model of the cycle lifetime of Laser Diode (LD) has been established. Studied on high-low temperature cycle lifetime of 1310 nm LD modules by experiment under different simulation environmental conditions. The result shows that cycle lifetime has index relation to the temperature difference of cycle and cycle speed. By testing the cycle lifetime of LDs under the high temperature difference and high cycle rate conditions, the cycle lifetime of LDs under the ordinary working conditions can be estimated.
Key words : Semiconductor Laser Module, High-low Temperature Cycle Lifetime, Mathematical Model of Lifetime
1. 引言
1310nm 是光纤通信常用的工作波长，单模光纤在该处的能量损耗只有0.40d B 。因此1310nm LD 组件成为光通信的核心器件。然而光纤链路必须经受苛刻的环境条件，根据国际通信行业BELLCORE 标准[1]，用在非控环境（UNC ）的器件需要做高温加速寿命测试和-40℃～85℃的高低温循环寿命测试，对于高温加速寿命试验的方法和经验模型已有许多文献描述[2-5]，并得到了器件的高温筛选方法和寿命模型。对高低温循环的详实实验方法及经验模型却未见报导。由于材料热膨胀系数的不同，高低温循环主要作用对接合点、粘接料、界面和透镜固定等的考验。为了预测1310nm LD 组件的工作可靠性，考察其高低温循环寿命，通过实验研究了40只器件随循环次数输出功率的变化情况，据此给出了高低温循环筛选试验的最佳循环次数。得到了高低温循环的寿命模型。利用该模型可以计算出不同热应力下、不同循环次数和不同循环速度对器件的影响。 2. 实验测试
2.1样品准备
如图1，选用同一批次、刚刚生产的、未经高低温筛选的、封装形式为TO5.6的1310nm LD 组件40只，器件采用内密封金属封装，且有聚焦球透镜。如图1所示。
LD 有源区向上被易熔焊料Au/Sn 焊在硅热沉上，热沉用软焊料Pb/Sn 焊在被镀金的圆形铜座上，球透镜被固定在LD 的前镜面（约100um ）。测试前在室温25℃下测量其恒功率输出（P ＝5mW ）时阈值电流I th 、工作电流I op 、外量子效率η。
图1. 1310nm LDTO5.6组件外观
2.2实验步骤
为了考察不同温度范围、不同循环速度对器件寿命的影响，将40只器件分成四组固定在四个相同型号的高低温循环箱，循环箱温度设定精度为1℃。循环时器件不加电，实验过程中最后和中间按照计划进度测试几个点，如表1所示。应该注意的是，中间测试过程中，器件的温度应先降至（或升至）室温25℃再测试，且中间停留时间尽可能短。
表1.温度测试循环实验次序
2.4寿命模型
假设失效标准Δη＝10%，记录下循环次数对应的失效器件数目。累计失效分布如图3所示，满足威布尔分布。下面我们对测试结果分析，从而建立一个数学模型。先看看四种情况的中值寿命，如表2所示。
表2 四种情况的中值寿命
从表可以看出，外界环境影响器件寿命的因素有两个：一是循环温差ΔT ，另一个是循环速度σ,温差越大，循环寿命越小，反之亦然。同样，循环速度越快，循环寿命越小，反之亦然。下面定量讨论它们的关系。
设循环次数为N,失效率为F ，则根据图3有：
b N k F +=)ln( （1）
其中k 是与循环速度有关的常数，b 与循环温差ΔT 有关的常数。由（1）得
)/exp()/exp(k b k F N -= （2） 设T E b ?'
=
, k=k ′σ(其中E ′、k ′为比例常数)，则（2）式可以写为： )exp()exp(T
E
k F N ?-'=σσ （3）
其中E ＝E ′/k ′为常数。(3)式是器件循环次数与失效率关系的近似表达式子。例如，确定F 值（如
50%）便可求得中值寿命对应的循环次数。
当循环速度σ确定时，由（3）式可以求得循环次数与温差的关系
)exp(T E C N T T ?-
=＝)exp(1
2T T E C T
-- (4) 其中E T =E/σ, )exp(
σ
k F
C '=。(4)式从形式上与Arrhenius 模型[2]是一致的。 当循环温差ΔT 确定时，改变循环速度，由（3）式可以求得循环次数与循环速度的关系
)exp(σ
σσE
N = (5)
其中，)(T
E k
F E ?-'=σ。
图4是六种热循环情况（增加一个60℃温差实验）中值寿命（达到50%失效）随循环温差幅度变化的半对数曲线。方点和圆点分别代表两种循环速度：σ＝2℃/min 和σ＝10℃/min 。实验值半对数曲线成线性分布，与理论模型符合较好。
从图4可以求出在正常环境条件下，例如ΔT ＝20oK,循环速度为σ＝2℃/min ，外效率标准降低0.5dB 时，器件中位寿命约为3000个循环；而当ΔT ＝20oK,σ＝10℃/min 时，器件中位寿命约为1000个循环。
3. 结论
模拟了不用环境条件下对1310nmLD 组件进行了高低温循环寿命的实验研究，得到了循环寿命
图
4. 不同温差下，器件达到50%失效中值寿命半对数曲线
的数学模型，结果表明：1310nm半导体激光器的寿命不仅与使用的环境温度有关[6]，而且与使用环境的温差变化幅度、变化速度有关。循环寿命与循环的温差、循环的速度成指数关系。利用这个结论，通过测试器件在高温差、高循环速度条件下的寿命，外推器件正常条件下的循环寿命，从而得到器件可靠性数据，为工艺设计人员提出量化数据。
参考文献
[1]Bellcore issue 1-1998，Generic Requirments GR-468-CORE [S]
[2]亢俊健，苏美开，王大成，LD老化筛选及寿命测试系统[J]，计算机测量与控制，2003，11（4）：
250
[3]Paine,B.M. ThomasⅢ,S. Delaney,M.J. Low-Temperature, High-current Lifetests on InP-Based HBT’S[A]. 39th Annual International Reliability Physics Symposium[C]. America: IEEE,2001: 206-213 [4]Nara Hwang Gwan-Chong Joo Sang-Hwan Lee et al. Structure-dependent reliability assessment of 1.3 μm InGaAsP/InP uncooled laser diodes b y accelerated aging test[A], 46th Electronic Components and Technology Conference. Proceedings[C]. America: IEEE,1996:1308-1311
[5]Fritz, W.J. Analysis of rapid degradation in high-power (AlGa)As laser diodes[J], Quantum Electronics. IEEE Journal, 1990(26):68-74
[6]苏美开，高稚允等，LD加速寿命测试中的积分球扫描法[J]，光学技术，2004,30（2），164—165
作者简介：苏美开，1964年10月生于山东省莱阳市，北京理工大学光电工程学毕业，博士学位，济南福来斯光电技术有限公司总工，石家庄经济学院特聘教授。
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
盐雾、高低温循环、后视镜撞击试验指导书
盐雾试验指导书 操作程序: 设备：经过鉴定符合国家标准的盐水喷雾试验箱。 盐水试验液配制： 调制方法：将公升的纯净水倒入专用的塑料桶内,用PH试纸测试其PH值是否在之间。 PH值若大于,加入少量的冰醋酸。 PH值若小于,加入少量的氢氧化钠。 加入㎏氯化钠后搅拌均匀。 试验用样品2个 操作程序： 将自动加水的入水口阀门排水阀和排气阀的开关打开。 将隔绝水槽加水至垫板位置。 将配制好的氯化钠盐水倒入到盐水补充槽,即自动充填盐水进入试验箱内的预热槽，使盐水流至盐水预热槽。 加少许水在湿球杯内,湿球温度覆盖着纱布,纱布末端置于湿球杯内。 开始试验前,试样必须充分冲洗,清洗方法视表面情况及污物的性质而定,不能使任何会侵蚀试样表面的磨料和溶剂,同时试样切口及因挂钩而造 成底材露出的部分,或因识别记号所造成的镀层缺陷处,试验前因用透 明胶带将以覆盖。放置试样或试片于置物架上，试样在箱内放置的位 置,应使受试平板试样与垂直线成15-30°角,试样的主要表面向上, 并与盐雾在箱内流动的主要方向平行。特殊试样有很多的主要表面需 要同时测试时,可取多件试样放置,务必使每个只要表面能同时进行盐 雾试验。 试验时,试样之间不得互相接触,也不与箱壁相碰,试样的间距一般不小于20mm，试样上每层必须交叉放置,试样间间隔应能使盐雾自由沉降在 试样的主要表面上。一个试样上的盐水溶液不得滴在任何别的试样 上。试样识别记号或装配孔应覆于下方。 设定试验温度、压力和时间：
将盐水桶和试验室的温度调整至35°C,压力桶温度调整至47°C（按 “+”为增加,按“-”为减少，H：时/M：分/S：秒）。喷压压力保持在 ±cm2,若压力不在范围内，可利用调压阀将压力调整至规定范围（顺 时针为增加，逆时针为减少）。测试时间一般为24小时（按△为增加， 按▽为减少）,若客户有特殊要求则可另行设定,测试时间一般可设定 为8、16、24、48、96、168、336、672小时,在规定试验周期内喷雾 不得中断，只有当需要短暂观察试样时才能打开盐雾箱,开箱检查的时 间和次数应尽可能减少。 按下电源、操作两按键,先行预温至设定温度,注意试验盖盖上时需小心轻放以免破损。 试验中,用面积为80cm2的漏斗收集连续雾化16小时的盐雾沉降量，平均每小时需收集到的溶液，这可以利用观察计量筒内降雾量得之。试验时 间应扣除因检查试样而中断喷雾的时间,同时需记录其中断的原因和 时间。 测试结束后,依顺序将开关关闭。取出试样在室内自然干燥小时,然后用流动冷水轻轻洗涤或浸渍,以除去沉积在试样表面的盐类,用吹风机吹干后检 查,评定测试结果。 试验中若有异常之现象,可参照“功能异常判断表”处理。若有故障指示则可依照“故障指示”判断处理。 试验结束后,清洗试验内部,并将加热水槽内的水排放干净。 *加热槽内水的排放—打开红色排水阀。 *隔绝水槽内水的排放—将中间矽胶塞拔起。 *预热水槽内水的排放—将内部矽胶塞打开。 依据“维护事项”对设备进行维护。 试验条件及试验结果必须记录。 试验结果的评价： 试验后的外观 除去表面腐蚀产物后的外观。 腐蚀缺陷如点蚀、裂纹、气泡等的分布和数量和状态。
半导体材料研究的新进展(精)
半导体材料研究的新进展* 王占国 (中国科学院半导体研究所,半导体材料科学实验室,北京100083 摘要:首先对作为现代信息社会的核心和基础的半导体材料在国民经济建设、社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析,进而介绍几种重要半导体材料如,硅材料、GaAs和InP单晶材料、半导体超晶格和量子阱材料、一维量子线、零维量子点半导体微结构材料、宽带隙半导体材料、光学微腔和光子晶体材料、量子比特构造和量子计算机用材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后,提出了发展我国半导体材料的建议。本文未涉及II-VI族宽禁带与II-VI族窄禁带红外半导体材料、高效太阳电池材料Cu(In,GaSe 2 、CuIn(Se,S等以及发展迅速的有机半导体材料等。 关键词:半导体材料;量子线;量子点材料;光子晶体 中图分类号:TN304.01文献标识码:A文章编 号:1003-353X(200203-0008-05 New progress of studies on semiconductor materials WANG Zhan-guo (Lab.of Semiconductor Materials Science,Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences,Beijing100083,China Abstract:The strategic position and important role of semiconductor materials,as a core and foundation of the information society,for development of national economic,national safety and society progress
半导体激光器的发展与运用
半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光
器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD
测试项目：功能测试报告范本
Official Test Report正式的测试报告 测试项目：功能测试报告范本 Project Information项目信息: Project Code: 项目代码 072V24S Project Phase: 项目阶段 研发 Software Version: 软件版本 V1.2 Sample Information样品信息: Sample Level: 样品类型 BMS Quantity: 数量 1 Serial Number: 序列号 020151025 Test Operation Information测试信息: Location: 地点上海博强 Start Date: 开始日期 2015-12-10 Finish Date: 完成日期 2015-12-21 Conclusion结论: Pass通过Fail不通过 Other其它:共8项，4项未测试验证，4项通过，详见报告正文 Performed by测试: 王银峰&樊佳伦Signature Date: 2015-12-22 Written by撰写: 邓文签名：日期：2015-12-23 Checked by核查: 董安庆2015-12-24 Approved by批准: 穆剑权2015-12-25
Revision History修订履历 SN 序号Report No. 报告编号 Report Version 报告版本 Contents 变更内容 Release Date 发行日期 1 BQ-72V-BMS-0009 V1.0 New release. 2015-12-25 2 BQ-72V-BMS-0009 V1.1 设计改进，再次验证报告2015-1-6
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
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。
【CN109856559A】一种锂电池循环寿命的预测方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910153648.5 (22)申请日 2019.02.28 (71)申请人 武汉理工大学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 甘小燕 窦雅盛 武鸿辉 余俊锋 (74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限 公司 42102 代理人 王丹 (51)Int.Cl. G01R 31/389(2019.01) G01R 31/387(2019.01) G01R 31/382(2019.01) (54)发明名称 一种锂电池循环寿命的预测方法 (57)摘要 本发明提供一种锂电池循环寿命的预测方 法，将锂电池进行不同循环次数的充放电性能测 试以及HPPC性能测试，记录不同循环次数的充放 电过程中电压和容量；根据HPPC测试数据中锂电 池电压的变化，计算在不同SOC下的充电和放电 方向的内阻，计算每个循环次数下的根据不同 SOC下拟合的平均值，即均值内阻；在不同循环次 数下，将均值内阻与SOC进行拟合，寻找出相应的 规律，得到在不同循环次数下的均值内阻；根据 均值内阻与循环次数的测试数据进行拟合计算， 对电池的循环寿命进行预测。本发明经过短期的 循环测试即可快速预测电池循环寿命，极大地降 低了常规测试所产生的时间和资源浪费。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 109856559 A 2019.06.07 C N 109856559 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109856559 A 1.一种锂电池循环寿命的预测方法，其特征在于：它包括以下步骤： S1、将锂电池进行不同循环次数的充放电性能测试以及HPPC性能测试，记录不同循环次数的充放电过程中电压和容量； S2、根据HPPC测试数据中锂电池电压的变化，计算在不同SOC下的充电和放电方向的内阻，计算每个循环次数下的根据不同SOC下拟合的平均值，即均值内阻；在不同循环次数下，将均值内阻与SOC进行拟合，寻找出相应的规律，得到在不同循环次数下的均值内阻； S3、根据均值内阻与循环次数的测试数据进行拟合计算，对电池的循环寿命进行预测； 1)根据均值内阻以及相应的容量保持率进行拟合得到均值内阻-容量保持率函数关系式； 2)根据电池循环次数以及相应的均值内阻进行拟合得到循环次数-均值内阻函数关系式； 3)根据1)和2)的函数关系式，计算电池某一容量保持率时对应的电池循环次数。 2.根据权利要求1所述的锂电池循环寿命的预测方法，其特征在于：所述的S1在进行测试时，循环次数为0-1000次，且停止循环测试后的电池处于放电状态。 3.根据权利要求1所述的锂电池循环寿命的预测方法，其特征在于：所述的S1在充放电性能测试时，充电电流为1/3C，充电截止电压为 4.2V，充电截止电流设为0.13A，放电截止电压设为2.5V，恒流放电电流为0.5C、1C、2C或3C中的一个，C为电池充放电电流大小的比率。 4.根据权利要求1所述的锂电池循环寿命的预测方法，其特征在于：所述的S1在HPPC性能测试时，按照以下步骤进行： 1)在一定温度下以C的一定倍率恒流放电； 2)恒流放电后，电池进行搁置1min以上； 3)搁置完成后，再以以C的一定倍率恒流充电； 4)充电结束后，再进行搁置1min以上； 5)以以C的一定倍率恒流放电，使电池SOC下降；将电池搁置15min以上； 6)从1)开始重复循环上述步骤，循环次数设置为大于或等于20次； 循环结束后，测试完成。 5.根据权利要求4所述的锂电池循环寿命的预测方法，其特征在于：所述的一定温度为-20℃-60℃。 6.根据权利要求4所述的锂电池循环寿命的预测方法，其特征在于：所述的以C的一定倍率为0.5C、1C、2C或3C。 7.根据权利要求1所述的锂电池循环寿命的预测方法，其特征在于：所述的均值内阻-容量保持率函数关系式为： y＝-236.12x2+11.74x+0.8567 其中，x表示均值内阻，y表示容量保持率。 8.根据权利要求7所述的锂电池循环寿命的预测方法，其特征在于：所述的循环次数-均值内阻函数关系式为： x＝0.0718z+27.763 其中，z表示电池循环次数，x表示均值内阻。 2
紫外激光器研究进展及其关键技术讲解
紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川 2120160620 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理 2.1 介质的非线性极化 激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。
半导体激光器的发展与应用
题目：半导体激光器的发展与应用学院：理 专业：光 姓名：刘
半导体激光器的发展与应用 摘要：激光技术自1960年面世以来便得到了飞速发展，作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷，这其中发展最为迅速，应用作为广泛的便是半导体激光器。半导体激光器的独特性能及优点，使其获得了广泛应用。本文就简要回顾半导体激光器的发展历程，着重介绍半导体激光器在日常生活与军用等各个领域中的应用。 关键词：激光技术、半导体激光器、军事应用、医学应用
引言 激光技术最早于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是：当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。这种光就叫做激光。激光几乎是一种单色光波，频率范围极窄，又可在一个狭小的方向内集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。激光因为拥有这种特性，所以拥有广泛的应用。 激光技术的核心是激光器，世界上第一台激光器是1960年由T.H.梅曼等人制成的第红宝石激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。但各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。在1962年7月美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）与其他研究人员一道研制出世界上第一台半导体激光器。 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。自1962年世界上第一只半导体激光器是问世以来，经过几十年来的研究，半导体激光器得到了惊人的发展，它的波长从红外、红光到蓝绿光，被盖范围逐渐扩大，各项性能参数也有了很大的提高！半导体激光器具有体积小、效率高等优点，因此可广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。
半导体激光器的研究进展
半导体激光器的研究进展 摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。 一、引言。 激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。 半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。 本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。 二、大功率半导体激光器的发展历程。 1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。在1968—1970 年期间，美国贝尔实验室的Panish，Hayashi 和Sμmski成功研究了AlGaAs /GaAs单异质结激光器，室温阈值电流密度为8.6 × 103 A /cm2，比同质结激光器降低了一个数量级。
半导体激光器的发展及其应用
浅谈半导体激光器及其应用 摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。 关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。 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。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。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。 一、半导体激光器 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3～34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。 半导体激光器制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE), 气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。 二、半导体激光器的工作原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: 1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。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。 2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。 3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔
疲劳寿命预测方法
疲劳形成寿命预测方法 10船 王茹娇 080412010035 疲劳裂纹形成寿命的概念 发生疲劳破坏时的载荷循环次数，或从开始受载到发生断裂所经过的时间称 为该材料或构件的疲劳寿命。 疲劳寿命的种类很多。从疲劳损伤的发展看，疲劳寿命可分为裂纹形成和裂 纹扩展两个阶段：结构或材料从受载开始到裂纹达到某一给定的裂纹长度a0为 止的循环次数称为裂纹形成寿命。此后扩展到临界裂纹长度acr 为止的循环次数 称为裂纹扩展寿命，从疲劳寿命预测的角度看，这一给定的裂纹长度与预测所采 用的寿命性能曲线有关。此外还有三阶段和多阶段，疲劳寿命模型等。 疲劳损伤累积理论 疲劳破坏是一个累积损伤的过程。对于等幅交变应力，可用材料的S —N 曲 线来表示在不同应力水平下达到破坏所需要的循环次数。于是，对于给定的应力 水平σ，就可以利用材或零部件的S —N 曲线，确定该零件至破坏时的循环数N ， 亦即可以估算出零件的寿命，但是，在仅受一个应力循环加载的情况下，才可以 直接利用S —N 曲线估算零件的寿命。如果在多个不同应力水平下循环加载就不 能直接利用S —N 曲线来估计寿命了。对于实际零部件，所承受的是一系列循环 载荷，因此还必须借助疲劳累积损伤理论。 损伤的概念是，在疲劳载荷谱作用下材料的改变（包括疲劳裂纹大小的变化， 循环应变硬化或软化以及残余应力的变化等）或材料的损坏程度。疲劳累积损伤 理论的基本假设是：在任何循环应力幅下工作都将产生疲劳损伤，疲劳损伤的严 重程度和该应力幅下工作的循环数有关，与无循环损伤的试样在该应力幅下产生 失效的总循环数有关。而且每个应力幅下产生的损伤是永存的，并且在不同应力 幅下循环工作所产生的累积总损伤等于每一应力水平下损伤之和。当累积总损伤 达到临界值就会产生疲劳失效。目前提出多种疲劳累积损伤理论，应用比较广泛 的主要有以下3种:线性损伤累积理论，修正的线性损伤累积理论和经验损伤累 积理论。 线性损伤累积理论在循环载荷作用下，疲劳损伤是可以线性地累加的，各个 应力之间相互独立和互不相干，当累加的损伤达到某一数值时，试件或构件就发 生疲劳破坏，线性损伤累积理论中典型的是Miner 理论。 根据该理论，假设在应力i σ下材料达到破坏的循环次数为i N ，设D 为最终 断裂时的临界值。根据线性损伤理论，应力i σ每作用一次对材料的损伤为i N D /， 则经过i n 次后，对材料造成的总损伤为i i N D n /。
半导体激光器的设计
半导体激光器设计 半导体激光器产生激光的机理,即必须建立特定激光能态间的粒 子数反转，并有光学谐振腔。由于半导体材料物质结构的特异性和 其中电子运动的特殊性,一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处,另一方面所产生的激光光束也有独特的优势,使其在社会各方面广 泛应用。从同质结到异质结,从信息型到功率型,激光的优越性也愈 发明显,光谱范围宽, 相干性增强,使半导体激光器开启了激光应用 发展的新纪元。 1半导体激光器的工作原理 激光产生原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具 备三个基本条件: (1)增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在 半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处 在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠 给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现。将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。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。 (2)要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内 得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自
然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜.对F—p腔 (法布里一珀罗腔)半导体激 光器可以很方便地利用晶体的与P—n结平面相垂直的自然解理面 一[110]面构成F—P腔。 (3)为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔面的激光输出等引起的损耗,不断增加腔内的光场.这就必须要有足够强的电流注入,即有足够的粒子数反转,粒子数反转程度越高,得到的增益就越大,即要求必须满足一定的电流阀值条件.当激光器达到阀值时,具有特定波长的光就能在腔内谐振并被放大,最后形成激光而连续地输出. 可见在半导体激光器中,电子和空穴的偶极子跃迁是基本的光发射和光放大过程。 1.2 双异质结基本结构 将有源层夹在同时具有宽带隙和低折射率的两种半导体材料之间，以便在垂直于结平面的方向（横向）上有效地限制载流子和光子。用此结构于1970年实现了GaAlAs／GaAs激射波长为0.89 μm 的半导体激光器在室温下能连续工作。 图表示出双异质结激光器的结构示意图和相应的能带图在正向 偏压下
半导体激光器的最新进展及应用现状
半导体激光器的最新进展及应用现状 发表时间：2018-11-11T11:02:03.827Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：黄志焕[导读] 摘要：随着半导体技术的发展，半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展，其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面，半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。 (天津环鑫科技发展有限公司 300384) 摘要：随着半导体技术的发展，半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展，其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面，半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。由于半导体激光器具有体积小、寿命长、电光转换效率高、调制速度快、波长范围宽和易于集成等优点，在光互连、光通信、光存储等方面具有广泛的应用。 关键词：半导体激光器；最新进展；应用现状 1半导体激光器研究的意义半导体激光器的研究是我国光电技术研究的重要内容，是国家重点提出并且一直在努力寻求新的突破的领域。就当前半导体激光器研究的意义来看，对国家的发展具有重要的现实意义。与此同时，半导体激光器在各行各业的应用都十分广泛，并且呈现出以每年20％以上的增长速度，比如，军师领域的激光雷达、制导以及医疗、通讯、光盘等都开始应用半导体激光器。其涉及领域之广，扩展速度之快，应用价值之强，是被广泛认可的。近年来，随着信息科技的不断发展，人们对半导体激光器的性能要求越来越高，传统的半导体激光器在具体的实践应用当中已经表现出明显的不足之处。因此进行半导体激光器的研究，不短提升半导体激光器的现代化水平，具有重要的现实意义。 2半导体行业半导体器件是电子电路中必不可少的组成成分。半导体是人们为了生产生活需要,将两物质按照电学性质进行分类时确定的一个名称。它的导电性介于导体和绝缘体之间。半导体导电性能全是由其原子结构决定的。以元素半导体硅和锗为例,其原子序列分别是14和32,它们两个最外层电子数都是4。半导体具有自由电子和空穴两种载流子。而半导体的性质不同于导体和绝缘体,就是因为半导体拥有的载流子数目不同而载流子是能够运动的荷电粒子。电子和空穴都是载流子,它们相互运动即可产生电流。硅和锗是最为典型的元素半导体。 根据构成物质元素的不同,半导体可分为元素半导体和化合物导体,元素半导体由一种元素构成,化合物半导体由多种元素构成。而根据掺杂类型的不同,半导体可分为本征半导体、N型半导体和P型半导体;如果按照原子结构的排列规则不同,又可分为单晶半导体、多晶半导体和非晶态半导体。半导体行业具有技术密集、资金密集,高风险高回报和知识密集等特点。进入2010年以来,国家大力支持半导体行业的发展,2011年11月,国家税务总局和财政部联合发布了《关于退还集成电路企业采购设备增值税期末留纸税额》;2012年4月政府部门又发布了《关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展企业所得税政策的通知》;而于2014年,工信部又发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》。近几年,我国半导体行业发展速度超快,半导体产业逐渐呈现向大陆地区转移的新趋势,为我国各行业的发展带来设备国产化的发展机遇。而且政府政策大力支持半岛体行业的发展,大基金入场将会加速产业转型升级,成熟化发展。半导体具有掺杂特性、热敏性和光敏性三大特点。 3激光器顾名思义,激光器是一种能发射激光的装置。1954年,人们制成了第一台微波量子放大器;1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器的原理推广到光频范围;1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器;1961年A.贾文等人制成了第一台氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人制成了第一台半导体激光器;之后,激光器的种类就越来越多。一般而言,按工作介质分类,激光器可分为固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器4大类。激光器的组成一般由3个重要部分构成,即工作物质、激励抽运系统、谐振腔。其中激光工作物质是一种激光增益的媒介,其原子或分子的能级差决定了激光的波长与频率。激光抽运系统是指为使激光器持续工作给予能量的源头,它实现并维持了工作物质的粒子数反转。光学谐振腔是激光生成的容器,有多种多样的设计方式是激光器设计的核心。 4激光器系统功能 4.1逻辑控制 系统通过操作面板实现逻辑控制,主要控制功能有3个。（1）内时钟工作:通过RS-422通信接口,向电源控制单元发射出光指令,工作频率可1-20Hz切换,同时通过LED反馈激光器工作状态。（2）外时钟工作:利用外部开关切换至外时钟,利用DSP外部中断接口检测外时钟。（3）自检功能:通过按压自检开关,触发激光器发射激光。 4.2高精度时序控制 激光器输出能量的大小和稳定性与激光电源的高精度时序是密不可分的,必须确保电源控制系统输出时钟的精度及稳定性。为实现μs级高精度控制逻辑,采用DSP控制芯片内置的PLL模块完成高精度时序控制,锁相环独有的负反馈和倍频技术可以提供高精度、稳定的频率,DSP 输入时钟30MHz,倍频到150MHz,时钟周期可达6.67ns。通过精确的技术方法,按照设计的延时产生所需的各路时钟,可以满足高精度的时序配置要求。 4.3恒流源驱动控制 激光器电源控制系统接收到激光发射的信号后,DSP输出12位数字信号,通过DAC1230芯片,将数字信号转换成相应的模拟参考电压信号。恒流源电路中的采样电阻R将通过泵浦模块的电流转换成相应的电压,经过F放大电路后,与参考电压进行比较,产生功率驱动信号,此信号控制功率管的开关。同时可通过DSP改变参考电压的大小,实现恒流源电流的调节。激光电源控制系统还可通RS-422通信接口,远程设置恒流源的电流和脉宽。 4.4温度控制系统 温度是影响激光器泵浦模块输出波长和泵浦效率的重要因素,故对泵浦模块进行控温是必不可少的。半导体激光器一般采用半导体热电致冷器进行控温,该制冷器具有无机械运动、无噪声、无污染、体积小、可靠性高、寿命长、制冷迅速、冷量调节范围宽及冷热转换快等特点。测温元件采用电流输出型温度传感器AD590,特点是工作直流电压较宽,一般为4-30V,输出电流为223μA(-50℃)-423μA(+150℃),灵敏度为1μA/℃。