半导体激光器的正确用法

光纤耦合半导体激光器，包括105 μm、135 μm、200 μm等多种不同光纤芯径输出，激光功率涵盖几十瓦到上千瓦，输出波长涵盖400 nm~1000 nm，具备多单管耦合、高可靠性、防反射保护、高光电转化率、波长覆盖范围广等特性，使得其在各个领域中应用非常广泛，受到世界各地的高度重视。

半导体激光模块特别是对风冷激光器客户，安装工艺尤其重要，如何做好预防措施和正确安装，下面这份操作指南请收下。

1、图2所示，把激光模块放置在标准的大理石平台上，检测壳体底部平整度，确保壳体本身无变形，底板无凹坑。

图2  在大理石平台上检测壳体底板平整度

2、用酒精清洁散热板表面。

3、参照图3，翻转激光模块，用酒精仔细清洁壳体底部。

4、在激光器模块底部均匀涂上一层导热硅脂，厚度大约100 μm（如图4）；然后对准安装孔位，把激光器模块放置到冷却板上。

图5  装上配套的螺丝/弹垫/垫圈

推荐采用扭力螺丝刀安装激光模块，先把扭力矩设置在0.15 N∙m，然后顺时针拧2~3圈把螺丝轻微固定；然后再把扭力扳手扭矩设置为 0.25 N∙m，再顺时针拧紧螺丝几圈，直至螺丝无法再拧为止。

5、确认导热材料从激光模块底部四周溢出，如图7所示。

静电释放是导致半导体激光器意外失效的重要原因之一。激光器安装需由经过培训的人员完成，操作时需佩戴防静电手腕带并且将工作台需接地。

2、供电电源

当电源的电压或电流超过激光模块允许的最大值（在产品规格书中给出）时，可能会导致二极管损坏。电源应当有过流、过压保护，以及瞬变抑制功能。

当数个激光模块串联使用时，为防止器件与大地之间产生击穿，电极两端最大电压建议小于75 V。

3、电极焊接

“即插即用”的供电方式只适用于短期使用或测试；如长期使用，请采用直接焊接的方式供电，焊接的最高温度不能超过300℃，焊接时间不能超过10 秒钟。

对于功率在800 W及以上光功率半导体激光器应该适当增加弯曲半径20％~50%不等。 

首先，双色滤光片不能防护9XX nm 的回返光或残余泵浦光（例如在双向泵浦光纤激光器中，不是所有的泵浦光都会被有源光纤吸收）。为了避免损伤激光二极管，要将回返的9XXnm光控制在激光模块最大输出功率的 2.5 %以内。

其次，虽然双色滤光片有很高的隔离度保护激光二极管，但应当控制~1 μm回返光强度不超过激光模块的回返光处理能力，任意1 s内的~1 μm回返光能量不能超过10 J（例如：10 W连续光，或功率10 kW，但持续时间小于1 ms）。

在最大驱动电流下，激光模块输出光纤尾端端面的反射光返回到激光器内部，可能会导致激光二极管功率降级，严重时会直接使激光器失效。为了避免损伤激光器，在测试激光模块的输出功率前，需要在其输出光纤上熔接一根镀有增透膜的输出端光纤，或者将输出光纤端面切割或者研磨成 8°斜面角，然后再测试输出功率，参考图8示意图。

2、激光器驱动方式

通常可认为激光二极管的可靠性与激在光模块特定功率下的使用时间占总共运行时间的 百分比有关。但是考虑到每个客户的实际应用方式的多样性,如使用不同的驱动方式如连续工作、脉冲工作（不同上升/下降时间, 占空比、频率等)， 如此宽泛的参数空间，使得无法完全设定和建立不同模式下的可靠性模型。

为避免降低激光器可靠性，要求激光器安装在 25 ℃左右的冷却板，同时确保峰值工作电流不能超过额定最高电流；特别在脉冲工作模式下，要避免出现电流过冲；如激光器长期工作在脉冲模式，我们建议激光器驱动上升/下降时间应该大于10 μs，调制频率不超过50 kHz。

3、功率测试

推荐采用以下设备仪器进行功率测量：

激光功率计：OPHIR_ NOVA II

1~100 W 输出功率级别激光探测器：

OPHIR_ L50(150)A-PF-35

1~1000 W 输出功率级别激光探测器：

OPHIR_1000 W-BB-34-V3

图9 把激光模块翘离冷却板

在激光模块底部（靠近管嘴的一侧）有一个空槽，可以楔入工具将其翘起。将工具楔入空槽的中间位置，轻轻向上翘起壳体，如图9所示。取下旧激光模块后，把冷却板上的安装位置擦拭干净，然后重新安装新激光模块。

来源：星汉激光