第二類光纖耦合封裝OFP技術

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　　最近幾年來，高功率半導體激光器越來越多地為許多應用也生產，如直接的材料處理、光纖激光和放大器泵浦、自由空間光通訊、印刷和醫療等。這些首要歸功于激光器結構設計的發展、半導體材料和可靠的封裝技術。

特別是，半導體激光器的封裝使得激光器件能工作于高墻插效率，提高穩定性能并節省使用者的使用成本。盡管最近幾年來獲得的種種進展，但封裝、測試及穩定性能等依然占據光纖耦合輸出的半導體激光器的大量成本。我們開發的新半導體激光耦合設計和工藝使得低成本、高可靠性的半導體光纖激光器耦合變成可能，同時也使得可以使用自動化大批量得機器封裝。
　　
　　本文里，我們討論一款現有的小管腳封裝、高亮度、4w、100um、0.15NA光纖輸出的半導體激光器的熱建模。這種封裝方式非常適合于那些對穩定性要求高過于用膠和陣列封裝方式的半導體激光器。圖1顯示這種封裝的尺寸和外觀(OFP).
　　　
　　圖1:　外觀尺寸
　　
　　這種光學平面封裝設計的主要優點如下：
　　
　　1. 小尺寸
　　
　　2. 可垂直疊裝
　　
　　3. 無流質和膠
　　
　　4. 完全密封
　　
　　5. 低熱效應
　　
　　6. 低成本
　　
　　7. 高功率 (>6W 光纖輸出)
　　
　　所有的封裝過程是在無流體環境中進行的。這種是一種無膠的密封封裝，使激光器的運行可靠性很高。使用材料和封裝程序的節省，減低了可觀的封裝成本。這種封裝因消除了所有非垂直裝配步驟，使得自動化封裝帶光纖耦合輸出得半導體激光器成為可能。其他特點包括固定的無源連接部分和集成的光纖耦合等。
　　
　　激光器到光纖的耦合是采用楔型透鏡光纖。這種造型只需要單步光纖對準。這種光纖采用Au/Sn焊接固定在一個非常強健、穩定和具有保護性能的附件上。我們做了大量的熱建模來分析理解這種結構的機械和熱變形對光纖位置和耦合效率的影響，并且在設計中適當地加入合適的材料和工藝過程。
　　
　　典型的光纖輸出LI曲線，10pcs OFP-4的實際測試結果如圖2。所有這些激光器樣品是采用100um反射面，耦合到105/125um 纖芯/包層，0.22NA光纖中。指標顯示在輸入為6A時獲得4W的激光功率輸出。光纖未采用AR鍍膜時，耦合效率大約是85%。
　　
　　圖2: 光纖輸出光功率- 電流圖，10pcs 光學平面封裝，光纖105um, 0.22NA.
　　
　　雖然這種OFP封裝并不是嚴格按照高功率應用的電信標準進行設計，仍然有很多用戶對這種高功率封裝的Telcordia感興趣。我們已經做了很多遵照GR-468標準的測試，來幫助我們理解這種封裝的邊際應用條件。OFP封裝已經通過了以下Telcordia GR-468 的機械性能測試：
　　
　　1. 震動: PASS
　　
　　2. 溫度循環: PASS
　　
　　3. 光纖抗拉: PASS
　　
　　OFP正在進行加速老化測試，以獲得壽命數據和FIT率。其他的有關密封技術也正在開發之中。我們也同時在進一步改善封裝設計以獲得不同的平板式半導體激光器并提高出纖功率。
　　
　　后注：目前我公司提供的高可靠性6W光纖輸出的半導體激光器，被譽為半導體封裝的第二類技術，產品已廣泛用于光纖激光器、光纖遙感、光纖測距等領域。

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