高功率光纤耦合半导体激光器失效分析
高功率半导体激光器光纤耦合模块的可靠性研究
收稿 日期 ： ０ － ４ ； ２ ５ ６ ） 修订 日 ： ０ － － ０ ０ ２ 期 ２ ５ ８２ ０ ０ ２
Ａ ｓ ａｔＴ ｒｕｈａａ ｚ ｇｃｎｔｕｅａ ｄｍｅｈ ｉ ｆｈｇ ｏ ｅ ｓｒｄ ｄ Ｌ ｉ ｅ ｏｐｉｇｍ ｄｌ，ｔ ｂｔ ｃ ：ｈｏ ｇ ｎｌ ｉ ｏ ｓｔｔ ｎ ｃ ａ ｓ ｏ ｉｈｐｗ ｒｌ ｅ ｉ ｅ（ Ｄ）ｆ ｒｃｕｌ ｏｕｅ ｈ ｒ ｙｎ ｉ ｎ ｍ ａ ｏ ｂ ｎ ｅ
通过优化原有工艺与采用新技术， 提高 了模块 的可靠性， 拓宽 了其应用领域。 关键词 ： 半导体激光器； 光纤耦合模块 ； 可靠性
中图分 类号 ：Ｎ ４ ． Ｔ ２ ８４ 文 献标 识码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌ ｂ ｌ ｙ ｏ ｇ ｏ ｒ Ｌａ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｒｅｉ ｉ ｔ ｆＨｉ ｈ Ｐ ｗｅ ｓ ｒ器 的光纤耦合模块 ， 以其体
积小 、 重量轻 、 电光转换效率高、 调制方便 等优异特
性， 而广泛应用于 Ｅ Ｆ Ｄ Ａ的泵浦 、 激光通信、 激光雷
达、 激光制导、 激光夜视 以及航空航 天等重要领域 ， 因而其可靠性也 Ｆ益成为研究 的热点。本文从激光 ｔ 器 自身的因素、 耦合封装工艺和电学因素三个方面 ， 阐述了影响模块可靠性 的原因 ， 在对相关 工艺进行 了优化和改进的同时 ， 引进了新工艺和新技术。 ２ 影响可靠性的因素 半导体激 光器光纤耦合模 块 由 自动功率控制 （Ｐ ） Ａ Ｃ 电路 、 自动温度控制 （ Ｔ ） Ａ Ｃ 电路 、 驱动器 、 监 视光电二极管（ Ｄ 、 Ｐ ） 激光器二极管（ Ｄ 、 电制冷 Ｌ ）热 器（ Ｅ ） Ｔ Ｃ 或热敏电阻、 耦合光学系统 以及输 出光纤 等几个部分组成 ， 其示意图如图 １ 。
光纤耦合半导体激光器
光纤耦合半导体激光器光纤耦合半导体激光器是一种将激光器和光纤相结合的器件。
它利用光纤的优良传输特性，将激光器的输出光束耦合到光纤中进行传输。
光纤耦合半导体激光器具有小尺寸、高功率、高效率、稳定性好等特点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
光纤耦合半导体激光器的基本构造是将半导体激光器和光纤通过耦合器件进行连接。
半导体激光器是产生激光的核心部件，它由半导体材料制成，具有电流驱动特性。
光纤则是将激光束传输到目标位置的通道，它由光纤材料制成，具有光信号传输特性。
耦合器件起到连接和耦合两者的作用，通常采用透镜、光纤接口等结构。
在光纤耦合半导体激光器中，激光器产生的激光束首先经过调制器进行调制，这样可以对激光进行控制，满足不同应用需求。
然后，通过耦合器件将激光束耦合到光纤中。
耦合的目的是将激光能量高效地传输到光纤中，并保持高质量的传输。
耦合效率的高低直接影响到激光器的输出功率和稳定性。
光纤耦合半导体激光器的优点之一是可以将激光束传输到较远的距离，而不会因为传输损耗而降低功率。
这是因为光纤具有低损耗、低色散的特性，可以有效地保持激光束的质量。
此外，光纤耦合半导体激光器还具有较小的尺寸和重量，适合在空间有限的环境中使用。
光纤耦合半导体激光器在通信领域有着广泛的应用。
它可以用于光纤通信系统中的光源，将激光信号传输到光纤中进行信号传输。
由于光纤耦合半导体激光器具有高功率、高效率的特点，可以提供稳定的信号传输。
此外，光纤耦合半导体激光器还可以用于光纤传感系统中，实现对温度、压力等参数的测量和监测。
在医疗领域，光纤耦合半导体激光器也有着重要的应用。
它可以作为医疗设备中的光源，用于激光治疗、激光手术等。
光纤耦合半导体激光器具有小尺寸、高功率的特点，可以在医疗器械中实现紧凑的设计。
光纤耦合半导体激光器还可以用于材料加工领域。
它可以作为激光切割、激光焊接等加工过程中的光源。
光纤耦合半导体激光器具有高功率、高效率的特点，可以提供稳定的激光能量，实现高质量的材料加工。
光耦失效原因
光耦失效原因光耦失效原因主要包括以下几点：1. 光耦本身质量问题：光耦在生产过程中，如果工艺不稳定，材料质量不过关，可能导致光耦失效。
例如，激光器、光电探测器等光电器件的材料腐蚀或退化，从而影响其光电转化效率和稳定性。
2. 静电伤害（ESD损伤）：静电放电过程中产生的高能量脉冲可能导致光耦内部结构损坏，使其性能下降。
在使用和维护光耦时，应采取防静电措施，避免静电伤害。
3. 光口污染：光耦在使用过程中，光口长时间暴露在空气中，容易吸附灰尘和污物。
灰尘积累到一定程度后，可能导致光信号传输效率降低，从而影响光耦的正常工作。
4. 环境温度过高或过低：光耦的工作温度范围超出其额定值时，可能导致光耦失效。
过高或过低的温度可能会影响光耦内部材料的性能，使其无 ** 常工作。
5. 过电压和过电流：光耦在承受过电压和过电流时，可能会导致其内部元件损坏，从而影响其性能。
为了保证光耦的安全稳定运行，应确保其工作电压和电流在额定范围内。
6. 光耦连接不良：光耦与其他设备连接不良，可能导致光信号传输受阻，从而影响光耦的正常工作。
因此，在使用光耦时，应确保连接可靠。
7. 外部机械损伤：光耦在运输或安装过程中，受到撞击或摔落等外力作用，可能导致其内部结构损坏。
因此，在搬运和安装光耦时，要轻拿轻放，避免对其造成机械损伤。
为了防止光耦失效，可以从以下几个方面进行预防和维护：1. 选择质量可靠的光耦产品，确保其生产工艺和材料质量。
2. 在使用和维护过程中，注意防静电，避免光耦受到静电伤害。
3. 保持光耦光口清洁，防止灰尘污染。
4. 确保光耦工作环境温度在允许范围内，避免过高或过低的温度影响其性能。
5. 控制光耦的工作电压和电流在额定范围内，避免过电压和过电流损坏光耦。
6. 确保光耦连接可靠，避免连接不良导致光信号传输受阻。
7. 在搬运和安装过程中，注意保护光耦，避免对其造成机械损伤。
半导体器件的失效分析与故障诊断研究
半导体器件的失效分析与故障诊断研究随着电子信息技术的不断发展，半导体器件的应用越来越普遍。
但是，使用过程中，有时会出现失效的情况，导致设备无法正常工作。
因此，对于半导体器件的失效分析与故障诊断研究，就变得尤为重要。
1. 半导体器件的失效原因半导体器件的失效原因复杂多样，主要包括：（1）自然老化。
随着器件使用时间的增加，材料老化或者损伤，常规元器件会因为劣化、开关频次过高等因素导致失效。
（2）温度变化。
半导体器件对于温度的敏感度非常高，过高或者过低的温度都会导致器件失效，这就要求在使用半导体器件时应该严格控制其温度范围。
（3）设备超负载。
半导体器件在使用过程中如果超负载，就会损坏，引起失效。
2. 故障诊断过程当半导体器件出现故障时，需要进行相应的故障诊断。
故障诊断的流程主要包括：（1）收集信息。
通过观察失效的器件，收集相关的信息，例如故障现象、失效前的行为、作用在器件上的应力等。
（2）故障预判。
根据收集到的信息，对故障可能的原因进行预判。
（3）实验检测。
使用电子检测设备对故障电路进行检测，一般需要使用特殊的检测方法和仪器。
（4）分析推断。
通过实验检测的结果，对故障原因进行分析推断。
（5）修复故障。
根据分析推断的结果，对故障进行修复。
3. 故障诊断技术针对不同的故障原因，需要采用不同的故障诊断技术。
常用的故障诊断技术有：（1）电阻率测试。
对于半导体器件损坏的情况，一般会出现电阻率的变化，可以通过进行电阻率测试来检测故障。
（2）X射线分析。
利用X射线分析技术，可以对半导体器件的内部结构进行检测，从而找出故障原因。
（3）热分析。
热分析技术可以检测半导体器件的温度变化，从而找出可能的故障原因。
（4）光学显微镜分析。
使用光学显微镜可以对器件表面和内部进行检测，直观地观察到器件的破坏形式和位置，从而推断故障原因。
4. 常见故障案例分析对于常见的半导体器件故障原因，可以结合实际案例进行分析。
（1）压敏电阻在铝电解电容正极的电压输出端口失效。
半导体激光器的击穿失效及其预防措施
２ 电
由总 电源 至个别 测试 仪表 电源 之间通过 噪声 撼披 器布线 ．十别 电源均 装配 由 Ｃ与 Ｒ组 成 的噪声滤 波 器 。 源 ｂ．使 常用 电源本 身处 于接 通状 态 ．接通 与 断路 由外 部进 行 ，停 电时 的 电源 断 开 以程 控进 行 ． ｃ．对 电路进 行优 化设计 ．注 意蓄 电池 电源 的脉 动 ．并 定期 更换 容量 旋 钮 ．
（１）带 静 电 的 人 接 触 激 光 器 ．将 存 储 于 人 体 的 电荷 传 递 给 激 光 器 或 通 过激 光 器 向 地 放 电 。实 际 上在 生产 激 光 器 的 超 净 间 内 ，人 体
后 ，由于运 输 、使 用 不 当等 导 致 激 光 器 的失 效 带 ６。０Ｖ 以 上的 静 电是 屡 见不 鲜 的 。
ａ．电灯 、同一房 间 内（同一 线路 ）电源的接 通 、断开 时暂 时 中断操 作 ． ｂ．进行 包装 、测 试工 作时 ．进 行离 子吹风 或在 弱离 子气氛 中进 行 （大 批 移动 产 品时 也
如 此 ）． ３ 工 作 方 面
ｃ．采 用蓄 电艳 式钎焊 烙铁 或使 用带 接地线 的 三端子 钎焊 烙 铁 ．用变 压器 降低 二次 电 压 ·并使 烙铁尖 端接 地 ．最好 采用 由烙铁 尖端 无蒲 泄 、不庸 蚀感 应 电位 而 接地 的烙 铁 ．
ａ．运 载 夹异 、包 装箱 导 电化 （尤其是 十别贷 箱 ）．产品 的 电报 端子 之 间短路 ４ 央 具厦 其 它 ｂ．工 作地 点铺 低 于 ３００１３的 导 电垫子 ，房 间气氛 温 湿度 以 ＲＨＳ０￣ １０ 为 目标 （一般
温 度 为 ５～３Ｏ＿ｃ．湿度 为 ４０～ ６０ ）．
象大 部 分 出现 在 近 于 实 际装 配 时 的 状 态
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告摘要：随着激光器技术的不断发展，大功率半导体激光器光纤耦合技术得到了越来越广泛的应用。
本调研报告主要介绍了大功率半导体激光器光纤耦合技术的原理和优势，同时探讨了在工业、医疗以及通信等领域的应用前景。
通过系统的研究和分析，本报告对大功率半导体激光器光纤耦合技术的发展和未来趋势进行了预测。
1. 引言大功率半导体激光器是一种高效率、高亮度的激光器，被广泛应用于工业加工、医疗器械以及通信领域。
然而，传统的大功率半导体激光器在传输过程中会因为自发辐射和散焦而产生能量损耗和光束质量的下降。
为了克服这些问题，研究人员提出了光纤耦合技术，可以有效地将激光器的输出光束耦合到光纤中，提高能量传输效率并保持光束质量。
2. 大功率半导体激光器光纤耦合技术原理大功率半导体激光器光纤耦合技术利用光学器件实现激光器与光纤的耦合。
通常采用的耦合方式包括球透镜耦合、非球透镜耦合和光纤末端直接耦合等。
其中，球透镜耦合是较为常见的耦合方式。
它通过选择适当的球透镜、调整透镜距离和角度等参数，将激光器的输出光束聚焦到光纤的进口端，使得光能量更加集中和高效的传输进入光纤。
3. 大功率半导体激光器光纤耦合技术优势大功率半导体激光器光纤耦合技术具有以下几个优势：3.1 提高能量传输效率：光纤可以有效地将激光器的输出能量耦合并传输到目标位置，避免了能量损耗和衰减的问题。
3.2 保持光束质量：光纤的耦合使得激光器的输出光束保持高质量，不易受到自发辐射和散焦的影响，保证了传输的稳定性和精准性。
3.3 灵活性和便携性：光纤的使用使得激光器的输出可以灵活地传输到需要的位置，增加了设备的可移动性和应用的灵活性。
4. 大功率半导体激光器光纤耦合技术应用前景4.1 工业加工：大功率半导体激光器光纤耦合技术在工业加工领域具有广泛应用，可以用于激光切割、激光打标、激光焊接等工艺，提高加工速度和精度。
4.2 医疗器械：大功率半导体激光器光纤耦合技术可以用于医疗器械中的激光治疗和激光手术，如激光美容、激光矫正等治疗方式。
高功率光纤耦合半导体激光器失效分析
光纤耦合半导体激光器失效模式分析摘要：高功率半导体激光器在商用领域的应用越来越广泛，许多半导体激光厂家越来越重视商用激光市场，因此多年来以IPG为主要供应商的市场格局正逐步被打破，国内从2010年开始就有供应商开始生产光纤耦合激光器。
经过几年的经验积累，光纤耦合的单芯片封装技术已趋于成熟。
本文主要结合实际工作分析光纤耦合半导体激光器出现的各种失效模式和原因，仅供同行参考。
作者认为，在中国仍未掌握芯片生产技术的前提下，激光厂家唯有选择优质的光纤和透镜组件，不断优化制造工艺和提高产品的可靠性，才能从国人所诟病的山寨大军中脱胎换骨，成为终端用户信赖的激光器件提供商，才能成为成为行业的领先者。
关键字:光纤镀膜，激光器，耦合效率，芯片COD，光纤燃烧，裸光纤端面研磨清洗, 增透膜，高透高反膜（一）半导体激光器尾纤耦合工艺光纤耦合半导体激光器的工艺是先使用一个柱面透镜准直快轴发散角（慢轴角度较小，短光程不需准直），再把准直后的激光耦合入一根多模尾纤(图1.)。
这种看似非常简单的原理应用在大批量生产上并不容易，因为其中光纤移动的几何空间是微米级别，照射在柱面透镜或者光纤端面的激光功率密度达到兆瓦/平方厘米，十分容易出现失之毫厘，差之千里的结果。
影响激光耦合效率有多方面的因素，例如芯片出光孔径大小，快慢轴角度，模块散热效果，柱面透镜加工精度和光纤端面镀膜质量等。
图 1.单芯片半导体激光器光纤耦合示意图（二）常见光纤耦合半导体激光器失效模式高功率光纤耦合半导体激光器器件最常见的失效模式如图2，其中芯片端面光学损伤（COD: catastrophic optical damage）超过60% ，耦合效率偏低次之。
下文将针对各种失效模式进行逐一分析。
图 2.单芯半导体激光器失效模式（光纤耦合模块）失效模式一：芯片端面光学损伤（COD）表现为产品突然无光，或者只有微弱的激光。
主要原因是芯片端面受到强烈反射造成的，这种反射主要来自于准直透镜和尾纤端面(图3)。
半导体耦合激光器的性能分析及应用研究
半导体耦合激光器的性能分析及应用研究随着现代电子技术的发展，半导体激光器作为一种重要的光源成为了现代光通信技术的核心之一。
半导体耦合激光器（Semiconductor Laser Diode Coupled）采用了半导体与其他材料或器件之间混合的结构，因此具有半导体激光器结构的基础上，还可以使用其它材料和结构进行耦合，从而大大扩展了其应用范围。
本篇文章将重点围绕半导体耦合激光器的性能分析及其应用研究展开，旨在给读者提供一个全面了解半导体耦合激光器的机会。
一、半导体耦合激光器的性能分析1.1 工作原理半导体耦合激光器是一种复合激光器，其结构是将半导体谐振腔与光纤或者波导进行耦合。
在此结构中，激光器输出光从单模光纤或波导中发射出来，具有高品质因子、较低阈值电流和高转换效率等优点。
同时，由于半导体耦合激光器采用了腔耦合结构，在设计中可以灵活控制其性能。
1.2 性能参数半导体耦合激光器的性能参数主要包括发射功率、工作电流、谐振腔和光学带宽等。
其中，发射功率与工作电流直接相关，当工作电流增加时，其发射功率也会相应增加。
谐振腔可以影响激光器的频谱特性，而光学带宽则会决定其最大传输速率。
1.3 器件温度和外界环境的影响半导体耦合激光器采用的是半导体材料，因此其性能受到温度的影响比较大。
器件在高温环境下工作可能会导致器件性能的衰减，同时，温度的变化还会引起波长漂移和发射功率的变化等问题。
二、半导体耦合激光器的应用研究2.1 光通信领域中的应用半导体耦合激光器作为一种具有较高品质因子的激光器，被广泛应用于光通信领域中。
在光纤通信中，半导体耦合激光器可用于主板间和机架间的传输；在无线通信领域，该器件可以用于光调制器和光探测器间的光连接。
2.2 显示技术中的应用半导体耦合激光器的高发射功率和低阈值电流等特性，使得其在显示领域的应用受到了广泛关注。
其中，半导体耦合激光器可以用于投影显示领域，提高显示器的分辨率和显示色彩的数目。
半导体激光器的主要失效机理及其与芯片烧结工艺的相关性
摘要 ：分析了 Ｇ Ａ ／ ａＩｓ ａ ８Ｇ ＡＡ 高功率半导体激光器的暗线缺陷、腔面损伤退化和电极退化等主要失效机
理及主要失 效模式 ，通过样 品老化试验 ，从微观 物理角度分 析 了光功率 输 出下 降与芯 片烧结工艺 相关性 ， 明确了烧结焊料引起 Ｐ Ｎ结短路 、烧结 空隙 、焊料沾污等是导致半导体激光 器退化 的一 个主要因素 。
作 者 简 介 ：－ ￣ （９ ０一） 男 ， 四 川 广 安 人 ，信 息 产 业 部 电子 第五 研 究所 研 究 分析 中心 工 程 师 ，硕 士 ，主 要 从 事 可 靠 性研 究 ｋ ＇ － １７ ，
器 、武 器 引爆 和 武器 模 拟 以及 在光 电对 抗 系统 中作
集 中在 固体 激光 器 的峰 值 吸收 带 ，从 而使 其 效率 较 之 灯 泵浦 的固体 激光 器 提 高 ５ １ ０倍 ，可 靠性 和平 均 输 出功 率 有 了极 大 的改善 。因此 高效 、紧凑 、长 寿 命 、稳 定 和全 固态 的二 极 管泵 浦激 光 器迅 速 成 为
国际上 激 光技 术 的发 展重 点 ， 目前 战术 军用 高 功率
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ０ ２— ５—１ ４ 修 回 日期 ：２ ０ ０ ０ ０ ２— ９— ８
为软杀伤武器破坏各种光电传感器和光学设备 。在 未来的战争中，以激光致盲武器为代表的新概念武
器将 引 起作 战 方式 的改变 ，为 防空 和反 导等 领域 提
１ 引 言
半 导体 泵 浦激 光器 兼 容 了半导 体 激光 器 和 固体
激光 器 的双 重优 点 ，单 色 性好 ，光 谱很 窄 ，而且 又
半 导 体 激 光 器 主 要 集 中在 ７０ ９０ｎ 波 段 ， 以 ０ ０ ｍ
大功率半导体激光光束变换与光纤耦合技术研究
大功率半导体激光光束变换与光纤耦合技术研究哎，今天咱们聊聊一个可能让很多人头疼的话题——大功率半导体激光光束变换与光纤耦合技术。
你听着这个词可能觉得高深莫测，啥叫大功率半导体激光？光束变换又是怎么回事？光纤耦合又和这些有啥关系？别急，咱一块儿捋捋，保证你听完能明白，而且还是轻松有趣的那种。
激光咱们都不陌生。
激光它其实就是一种特别纯净、集中、能量强的光。
别看它这么“高大上”，其实它已经在我们生活中无处不在。
你手机上的激光对焦，打印机里的激光扫描，甚至你家电视遥控器用的也是激光发射。
你想啊，激光这么牛，能量那么大，怎么让它更好地服务咱们的日常呢？就是要用到“光束变换”和“光纤耦合”技术。
光束变换，听起来有点像魔术吧？其实就是通过一些巧妙的手段，把激光的形态、方向、功率等属性变得更适合应用需求。
你知道，激光的原始光束通常是非常集中的，要想让它“合适”地照射到目标，或是穿过某些特殊的介质，它得有个“整容手术”，做个适应性的调整。
比如说，有时候我们需要让激光光斑变得更大，或者更小，或者更均匀，这就是光束变换要做的事情。
其实这就像咱们做化妆一样，激光要根据不同的应用需求，打个补丁，换个妆容，才能最完美地呈现出来。
那接下来谈谈光纤耦合。
光纤，大家应该不陌生，家里宽带用的就是光纤，不仅能传输信号，还是速度杠杠的。
但光纤可是有要求的，并不是随便一束激光都能传过去的。
要让大功率激光通过光纤耦合过去，首先得解决光束的适配问题。
这里就需要精准地将激光光束送入光纤的核心区域，确保激光的能量不在传输途中流失。
这就像你往瓶子里倒水，如果嘴太小，水就会洒出来，效率大大降低。
通过光纤耦合技术，咱们可以把激光从一个地方精确地传送到另一个地方，而且损耗尽量低。
对于一些工业应用，特别是切割、焊接这类大功率应用来说，这项技术简直就是“救命稻草”。
有些朋友可能会觉得，哎，这个看起来是不是太复杂了？确实，咱说的光束变换和光纤耦合，都是高精尖的技术领域，稍有差池就得不偿失。
半导体激光器失效分析方法与失效机理研究
63环境技术/Environmental TechnologyＡｂｓｔｒａｃｔ：The laser diode samples reacted with catastrophic optical damage (COD) during long-term aging process were analyzed by means of infrared thermography, emission microscope (EMMI), focused ion beam (FIB), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and the failure mechanism of long-term aging was summarized.Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：semiconductor laser diodes; failure analysis; failure mode; failure mechanism; aging摘要：使用红外热像仪、微光显微镜(EMMI)、聚焦离子束(FIB)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和能量色散X 射线能谱仪(EDS)等技术手段对在长期老化过程中发生COD 的激光器样品进行了失效分析,总结出相应的长期老化失效机理。
关键词：半导体激光器；失效分析；失效模式；失效机理；老化中图分类号：TN 385 文献标识码：A 文章编号：1004-7204(2018)S1-0063-05半导体激光器失效分析方法与失效机理研究Failure Analysis Method and Failure Mechanism Study on Semiconductor LaserDiodes张思雨（北京航天光华电子技术有限公司，北京 100854）ZHANG Si-yu(Beijing Aerospace Guanghua Electronics Technologies Limited Corporation, Beijing 100854)引言半导体激光器是现今光电子技术中应用广泛的一种新型光电子器件，自上世纪６０年代诞生后，近几十年来取得了迅速发展［１］。
半导体激光器烧光纤的原因
半导体激光器烧光纤的原因
一、激光功率过大
半导体激光器的功率过大是导致光纤烧坏的主要原因之一。
当光纤承受不住激光器输出的高功率时，就会导致光纤内部温度急剧升高，从而导致光纤烧坏。
因此，在使用激光器时，需要正确设置激光功率，保持在适当范围内。
此外，定期检查激光器的硬件部分，确保激光器没有其他异常情况出现。
二、光纤表面受损
光纤表面的损伤也是导致光纤烧坏的原因之一。
比如，当插接不当或过度弯曲时，光纤表面产生磨损，令光线传输不畅，导致光纤发热、烧坏。
此外，如果光纤表面被污染或受到化学腐蚀，也会增加烧坏的可能性。
因此，使用前要检查光纤表面是否受损，使用时要注意光纤的插入、弯曲等操作。
三、使用寿命到期
光纤的寿命也是光纤烧坏的原因之一。
光纤的寿命是有限的，因为长时间使用会导致光纤内部的强度减小、损伤加剧，最终导致光纤烧坏。
因此，在使用激光器时，要注意光纤的寿命，定期更换光纤以确保激光器的正常运行。
高功率半导体激光器论文：980nm高功率半导体激光器光纤耦合模块研究
高功率半导体激光器论文：980nm高功率半导体激光器光纤耦合模块研究【中文摘要】半导体激光器是一种新型高效的小型光源,具有体积小,电光转换效率高等优点,在材料处理、医疗仪器、航天及军事领域获得了广泛的应用。
近年来,随着光纤激光器技术的飞速发展,作为光纤激光器泵浦源的高功率,高亮度的980nm半导体激光器光纤耦合模块越来越受到人们的关注。
提高光纤耦合效率和光纤耦合模块的可靠性成为人们关注的重点。
本论文在对高功率半导体激光器光纤耦合技术研究的基础上,利用光纤微透镜方法设计了980nmm光纤耦合模块；对影响耦合效率的因素进行了分析,采用光纤端面处理及镀膜技术减少了光的损耗提高了耦合效率；为了提高模块的可靠性,采用了激光焊接的无胶化的封装工艺；对光纤金属化工艺进行了重点研究,通过对化学镀镍的理论分析,结合实验摸索,确定了最佳的工艺条件和配比,制作的金属化光纤镀层牢固满足了激光焊接的要求；采用激光焊接方法装配了980nm光纤耦合模块,光纤芯径100μm,数值孔径0.22,耦合效率达到了76%。
【英文摘要】Semiconductor laser is a new kind ofhigh-efficiency and miniaturized light source Semiconductor laser has many advantages such as small and ligh、high-efficiency of transformation between optics and electricity.lt has been used in material processing、medicalinstruments、spaceflight and military and so on.In recent years,as the development of optical fiber laser,serve as the pump source of optical fiber laser,the high power and high light 980nm semiconductor laser optical fiber coupling module becomes more and more important.How to increase the efficiency of optical fiber coupling and the reliability of optical fiber coupling module has been a very important problem.In this paper,we based on the technical research of high power semiconductor laser optical fiber coupling,designed 980nm optical fiber coupling module by using the way of optical fiber microlensing,we analysed the reasons that can affect the efficiency of coupling,and used the technology of optical fiber endface treatment and coating in order to decrease the loss of light and increase the coupling efficiency;with the purpose of increase the reliablity of module,we adopted laser welding and non-glue packaging process;primary studied the technology of optical fiber metallizing,we also analysed the theory of chemical nickel plating,did some experiments,defined the best process conditions and proportion,made a substantial metallizing plating which can meet the demands of laser welding,used the way of laser welding,assembled 980nm optical fiber coupling module, optical fiber’s core diameter is100um,numerical aperture is 0.22,doupling efficiency is 76%.【关键词】高功率半导体激光器光束整形光纤耦合光纤金属化化学镀镍【英文关键词】High power semiconductor laser Beam shaping Fiber coupling Fiber metallizing Chemical nickel plating【目录】980nm高功率半导体激光器光纤耦合模块研究摘要4-5ABSTRACT5目录6-7第一章绪论7-12 1.1 半导体激光器原理及应用7-10 1.2 高功率半导体激光器光纤耦合模块国内外发展现状10-11 1.3 本文拟研究内容11本章小结11-12第二章高功率半导体激光器光束特性和光纤耦合技术12-22 2.1 高功率半导体激光器输出光束特性12-16 2.2 高功率半导体激光器光纤耦合技术16-20 2.3 980nm高功率半导体激光器光纤耦合方式20-21本章小结21-22第三章光纤基本知识与光纤跳线制作工艺22-27 3.1 光纤的基本知识22-23 3.2 光纤跳线制作工艺23-26本章小结26-27第四章光纤表面金属化27-47 4.1 光纤金属化27-32 4.2 化学镀镍32-45 4.3 电镀金45-46本章小结46-47第五章 980nm高功率半导体激光器光纤耦合模块研究47-54 5.1 光束准直及光纤耦合47-49 5.2 模块封装49-51 5.3 实验结果分析51-53本章小结53-54第六章总结与展望54-55致谢55-56参考文献56-57出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
高功率、高亮度半导体激光器光纤耦合分析
高功率、高亮度半导体激光器光纤耦合分析发布时间：2021-04-15T13:53:04.963Z 来源：《科学与技术》2021年第2期作者：岳鹏远[导读] 在宽条型半导体激光器光束特性的理论基础上岳鹏远长春理工大学摘要：在宽条型半导体激光器光束特性的理论基础上，从光学设计、散热设计、结构设计等三个维度分析了915nm半导体激光器的光纤耦合情况，并提出了一种适用的光束质量评价方法；通过采用3支输出功率为12W的单管激光器得到耦合输出功率为33.7W，耦合效率达到93.62%，亮度达到18.85MW/cm2 -str。
在此基础上通过ANSYS进行热分析，计算结果显示新热沉结构最高温度为35.67摄氏度，该结构具有良好的散热特性。
关键词：激光耦合；数值分析；ANSYS；热分析1 引言近年来高功率半导体激光器因体积小，功耗低，转换率高等特点，在光纤通信，泵浦固体激光器及光纤激光器、材料加工、激光医疗等方面都有重要应用。
半导体泵浦固体激光器市场化水平已经达到数百瓦，实验室水平已经达到千瓦级。
在应用上，大功率半导体泵浦固体激光器以材料加工为主，包括了常规的激光加工，主要是材料加工，比如激光标记、激光焊接、激光切割和打孔等，结构紧凑、性能良好、工作可靠的大功率半导体泵浦固体激光打标机产品系列已经在国内得到了规模应用。
由于目前激光的广泛应用，国内外学者开展了不少激光耦合器研究的工作，2010年，美国的相干公司[1]将先进的微光学透镜技术与半导体激光器结合起来耦合出了高效、可靠的光源，采用600um的光纤获得了1000W的连续输出975nm半导体激光能量，转换效率高达30%；2014年在中物院[2]研究人员的努力下，成功实现了耦合进入光纤直径为200um，数值孔径为NA 0.22的多模块光纤稳定输出功率达到280 W，电光转换效率为45%；2015年LIMO公司[3]推出可以用于直接金属切割，材料处理的W级激光发射器，将其直接应用于实际；2020年中国科学院大学的郑锦坤[4]围绕高功率光纤耦合器、四波混频与受激拉曼散射效应、以及高功率光纤激光系统技术开展了理论和实验研究工作。
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半导体器件失效分析★★★★★微谱检测：中国权威检测机构★★★★★----------专业研究半导体器件失效分析微谱检测是国内最专业的未知物剖析技术服务机构，拥有最权威的图谱解析数据库，掌握最顶尖的未知物剖析技术，建设了国内一流的分析测试实验室。
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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。
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光纤耦合半导体激光器失效模式分析
摘要：高功率半导体激光器在商用领域的应用越来越广泛，许多半导体激光厂家越来越重视商用激光市场，因此多年来以IPG为主要供应商的市场格局正逐步被打破，国内从2010年开始就有供应商开始生产光纤耦合激光器。
经过几年的经验积累，光纤耦合的单芯片封装技术已趋于成熟。
本文主要结合实际工作分析光纤耦合半导体激光器出现的各种失效模式和原因，仅供同行参考。
作者认为，在中国仍未掌握芯片生产技术的前提下，激光厂家唯有选择优质的光纤和透镜组件，不断优化制造工艺和提高产品的可靠性，才能从国人所诟病的山寨大军中脱胎换骨，成为终端用户信赖的激光器件提供商，才能成为成为行业的领先者。
关键字:光纤镀膜，激光器，耦合效率，芯片COD，光纤燃烧，裸光纤端面研磨清洗, 增透膜，高透高反膜
（一）半导体激光器尾纤耦合工艺
光纤耦合半导体激光器的工艺是先使用一个柱面透镜准直快轴发散角（慢轴角度较小，短光程不需准直），再把准直后的激光耦合入一根多模尾纤(图1.)。
这种看似非常简单的原理应用在大批量生产上并不容易，因为其中光纤移动的几何空间是微米级别，照射在柱面透镜或者光纤端面的激光功率密度达到兆瓦/平方厘米，十分容易出现失之毫厘，差之千里的结果。
影响激光耦合效率有多方面的因素，例如芯片出光孔径大小，快慢轴角度，模块散热效果，柱面透镜加工精度和光纤端面镀膜质量等。
图 1.单芯片半导体激光器光纤耦合示意图
（二）常见光纤耦合半导体激光器失效模式
高功率光纤耦合半导体激光器器件最常见的失效模式如图2，其中芯片端面光学损伤（COD: catastrophic optical damage）超过60% ，耦合效率偏低次之。
下文将针对各种失效模式进行逐一分析。
图 2.单芯半导体激光器失效模式（光纤耦合模块）
失效模式一：芯片端面光学损伤（COD）表现为产品突然无光，或者只有微弱的激光。
主要原因是芯片端面受到强烈反射造成的，这种反射主要来自于准直透镜和尾纤端面(图3)。
因此一般高功率产品都需要在这些端面镀上增透膜，以此最大限度的降低界面反射。
一般认为理想光滑玻璃表面的反射率为4%，而高精度的增透膜可以把端面反射率降低至0.2%，这是最有效的减少COD的方法。
此外，对于光纤激光器泵浦源，光纤端面需要镀高透高反膜，具体解释为芯片出来的激光波长（900~980nm）需要高透射率，但是系统掺杂双包层光纤反馈回来的波长(1040~1100nm)需要高反射率，因为芯片前端的镀膜是比较脆弱，系统反射到芯片端面的激光同样可能把芯片打坏。
在同一芯片质量水平上，柱面准直透镜和尾纤端面的镀膜非常重要，增透膜的透射率和承受激光能量密度的能力将直接决定反射率的大小。
如果目前我们没有能力改变芯片的性能，就必须通过改善准直透镜和尾纤端面的镀膜质量来提高成品的存活率，这对没有自己芯片工厂的国人来说是唯一的途径 。
图 3.激光器芯片端面光学损伤
一般来说芯片的光学损伤主要发生在较高的输出功率时。
当电流逐步增加，谐振腔发射的功率也就越大，芯片的温度也迅速提高，随之各个界面的反射光功率也在加强，当反射光能量密度达到一定的程度，芯片前端的镀膜层无法承受过高电磁场力和热能作用，COD 就发生了(图4)。
至于如何才能提高芯片端面镀膜的质量，这个估计也是中国芯片无法量产的难题了。
图 4.激光器芯片端面光学损伤
失效模式二：耦合效率偏低主要跟光学设计和耦合工艺有关。
光学设计主要是考虑准直透镜尺寸以及光纤耦合端面形状。
透镜的尺寸主要与芯片出光孔径的大小，快轴发散角和空间距离有关，光纤端面的抛光形状主要为了尽可能多的耦合激光，光纤芯径和数值孔径也很关键，总之越大的光纤芯径和数值孔径越容易耦合更多的激光，但是光纤的参数要跟最终应用系统匹配，例如光纤激光器中的合束器输入端对光源尾纤是有要求的。
有的工程师认为设计光纤端面磨成斜8°角可减少光纤端面反射，我们认为这是没有必要的，因为光纤端面最终需要镀增透膜已经实现减反射了。
而且斜8°角对慢轴耦合有影响，慢轴没有准直，斜8°角会导致准直透镜到光纤端面的距离不等，对于那些距离较远端，有部分激光可能会耦合入包层，最后从包层后逸出（如图5.），这可能导致光纤温度升高。
图 5. 激光器芯片慢轴耦合示意图
耦合工艺主要与夹具设计精度有关。
夹具加工要能保证调节精密和足够移动空间，只有方便员工操作才可能确保产品的合格率。
夹具的防盲设计业很重要，“确保傻子都不会犯错误”是工艺设计的第一准则。
另外大家常遇到的麻烦是光纤夹持与芯片不在同一平行线上（两者有一定的角度），然后只靠三维调节，激光耦合效率无论如何都难以达到标准。
正常情况下要考虑到六维（径向三维X,Y,Z；旋转三维Roll,Yaw,Pitch ），单芯片耦合效率90%为合格。
失效模式三：功率降级是指激光器在使用一段时间后，功率慢慢变弱或者突然变弱。
这主要跟胶水粘结技术有关。
选怎么样的胶水，如何固化，固化以后能否承受恶劣环境的考验，这些都必须在产品设计阶段就做好验证。
如果你想做好的产品，就必须认真考虑可靠性测试方案。
失效模式四：热效应跟芯片焊接有关，此处不详解。
失效模式五：ESD损坏主要是静电保护做的不够充分，从操作环境和包装材料都需要考虑ESD要求，那些觉得静电是无关紧要的人迟早会尝到静电破坏的恶果。
失效模式六：烧光纤的后果很严重，搞不好整个系统都遭殃，所以大家都很担心。
假设你的光学设计没有问题，准直后的光斑尺寸小于纤芯尺寸，正常情况烧光纤的几率比较低。
但是由于光纤端面可能有污染物残留，这些黑点或有机质容易吸收激光而产生高温。
比如有的公司使用辅助胶水或者石蜡研磨光纤，研磨后光纤端面或者侧面未清洗干净，这都是潜在的风险（图5）。
总之，准直透镜和光纤耦合端需高度清洁，特别是纤芯和透镜中心部分，因为这区域激光能力密度是最高。
有些问题可能不是立马显现出来，但是这些瑕疵点会逐渐扩大，少光纤可能经过一段时间才发生。
高功率激光耦合对光纤镀膜端面清洗技术有很高的要求，裸光纤端面清洁度标准请参考福津光电的《镀膜裸光纤目检标准》，这个标准目前已经被多家公司广泛接受。
此外胶水要尽量远离光纤端面，远离激光辐射区域，胶水的老化或者固化不充分有可能导致光纤位移，也会发生光纤燃烧或者功率降级。
图5.光纤耦合端燃烧现象
（三）福津光电的镀膜光纤产品
福津光电研发团队多年来专注于商用半导体激光器材料的开发。
经过多年的技术积累，福津开发的镀膜光纤已经为国内外多家知名半导体激光器厂商所接受，这些产品主要包括高功率尾纤，裸光纤研磨，光纤端面镀膜和光纤侧面镀膜及快轴准直透镜等（图6），并已广泛应用于高功率激光器耦合和传输领域。
a.高质量的光纤镀膜端面
b.镀膜尾纤
c.光纤侧面镀膜
图 6.福津光电光纤镀膜
为了提高为半导体激光器尾纤和快轴准直透镜的清洁质量，福津光电技术有限公司开发一套新型裸光纤抛光和清洁技术，用于生产高质量的镀膜光纤产品。
这种新型的工艺可提供优良的光纤抛光端面，如良好的端面清洁度，无崩边和刮痕等，如图6所示。
高功率光学薄膜的两个关键指标是镀膜精度和膜层激光损伤阈值，福津为此设计针对性的镀膜工艺，确保产品的透射率和反射率满足客户要求（图6），同时产品的损伤阈值要高于业内标准。
公司产品的损伤阈值测试由美国第三方专业公司独立认证，权威公正。
此外，为了满足客户不同性价比产品的需求，我们产品可以按照客户要求采用不同的镀膜设备完成。
比如电子枪，离子辅助型或者磁控溅射等镀膜设备。
随着应用于金属切割光纤激光器市场的迅猛发展，我们的镀膜尾纤产品为其泵浦源提供了良好的技术保证，非常有效的帮助客户降低返修率，为客户赢得更多的利润和市场信任度。
图7.光学增透镀膜曲线。