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【摘要】

808nm準連續波（QCW）激光二極管陣列（LDAs）在醫學、科學研究、國防以及固態激光泵浦、印刷等領域具備廣泛應用。因此，關于此類產品的設計及升級已成為當前關注的焦點。

借助緊湊的結構設計和每個巴條獨立的光學整形，我們成功實現了高功率、高功率密度、較窄的光譜寬度、卓越的均勻性和一致的脈沖激光輸出。整個產品系列，包括G-stack和C-stack，均可根據客戶需求定制頻率、巴條的數量和類型、輸出功率、波長范圍、整體尺寸和光束形貌。此類產品采用可靠的金錫封裝，確保激光系統的穩定性和可靠性。在占空比為20%的工作條件下，這些產品仍能保持可靠運行。

本文主要采用三明治結構作為封裝的基礎元件。8個間距為1.7毫米的三明治結構垂直排列成一個單元，使用3個單元垂直排布，構成一個3×8的24巴陣列。在3%的占空條件下，通過巴條的選擇，輸出波長控制在808nm±1nm范圍內，半高全寬（FWHM）小于3.5nm，峰值功率超過11 kW。此外，該設計具有出色的可靠性，累積可靠性測試數據超過7000小時，適應各種應用場景。在光學方面，可以通過光纖或者非球面鏡對每個巴條的快軸進行準直，實現了95%的光束均勻性。

這種高功率、高均勻性巴條陣列產品在科學研究領域具有重要作用，均勻的激光輸出在晶體吸收和泵浦效率方面具有顯著優勢。此外，此類設計在脫毛領域亦具有巨大潛力與優勢，隨著激光脫毛需求不斷增加且廣泛接受，其應用前景廣闊。

1. 前言

高功率半導體激光器在諸多領域展現出廣泛的應用前景。在工業領域，其卓越的性能得到了廣泛認可；醫學美學領域可以實現激光脫毛、嫩膚等治療。此外，其在固態激光泵浦、激光退火、打印等場景中也發揮著關鍵作用。總之，高功率半導體激光器在各個領域中的應用極具價值，為各類場景提供了高效、可靠的解決方案。

近年來，激光二極管陣列憑借其廣泛的波長范圍和高轉換效率，迅速在醫療美學市場占據一席之地，成為主流脫毛設備的光源。值得注意的是，可見光和1μm以上的激光器由于單點芯片功率低，巴條疊陣類產品在醫療市場也同時占據了主要地位。此外，因其高峰值功率、體積小、重量輕、發光均勻性可調控，光斑尺寸可定制，逐漸代替光纖輸出類激光光源應用科學研究、軍事安防等重要領域。

各種應用場景往往對半導體激光器提出小型化、輕量化的要求。為實現激光系統整體能耗、體積和重量的降低，最切實有效的技術途徑包括提升電光轉換效率、優化封裝結構以及改進散熱。本篇著重闡述了一種脈沖半導體激光器巴條疊陣產品，其具備高均勻性、功率、可靠性和結構緊湊的特點，充分滿足應用需求。

2. 實驗和設計

本文主要闡述了一種由24個巴條組成的高功率、高均勻性的疊陣產品。8個巴條為一個單元，封裝成三明治結構（SBS）。SBS的設計理念是將一個巴條連接在兩個銅鎢散熱器之間，形成一種三明治式的結構。值得注意的是，鎢銅的熱膨脹系數與砷化鎵激光棒具有極高的匹配度，且具有較大的熱導熱系數。

八個SBS單元通過軟焊錫合金固定在氮化鋁陶瓷散熱器上。1.7毫米的巴條間距構成了標準結構，三個小單元均勻間隔，形成一種垂直堆疊的結構。這種結構安裝在宏觀通道水冷底座上，有助于通過疊陣的背板進行散熱。

對8個巴條小單元的測試顯示，波長一致性在±1nm內，功率分布一致，證明了封裝一致性良好。然后，用光纖作為快軸準直鏡，實現中心能量均勻性95%，輸出功率超過11000W。

本論文探討的宏觀通道產品可進行定制化，其間距可從0.4mm至1.7mm進行調整，實現產品微型化、緊湊尺寸及高輸出功率，旨在滿足各類應用場景。

3. 實驗結果

考慮成本和尺寸等因素，光纖被用于快軸準直鏡。為實現一定距離下光斑分布的均勻性需求，采用了離焦方案，模擬結果如圖1所示。光纖在焦點和離焦狀態下的準直效果。

(a) 準直 (b) 離焦

圖1 快軸準直模擬結果

如圖2所示，針對不同快軸角度進行模擬以實現光斑均勻。經分析，快軸半角為20°的時候，所產生的光斑均勻性符合規格要求。

(a) 快軸半角30°

(b) 快軸半角 25°

圖2 不同快軸半角仿真結果

在本研究中，我們選取了腔長為1.5mm、快軸半角為20°、填充系數為75%的巴條。如圖1所示，我們采用8巴結構封裝了8根1.5mm的808nm巴條，巴條與巴條之間的間距為1.7mm。為了確保焊接質量和一致性，多個8巴堆棧單元（如圖3所示）在400A、3%占空比和20℃的條件下進行了測試和老化。測試數據如圖4所示，整體波長數據呈正態分布。在400A電流下，8巴單元的輸出功率超過3800W，如圖5所示。