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作為「集成微光子技術」倡議的一部分,歐司朗光電半導體負責協調 IMOTHEB(Integrated microoptical and microthermal elements for diode lasers of high brilliance / 高亮度二極體雷射器集成微光學和微熱元件)項目的各項工作。IMOTHEB 項目旨在提高雷射系統的性能並降低生產成本。其項目合作夥伴還包含德國 DILAS 半導體雷射有限公司和德國 Max Born 研究所。這一項目 (FKZ 13N12312) 於 2012 年 10 月 1 日啟動,將一直持續到 2015 年 9 月 30 日,項目獲得德國聯邦教育和研究部 (BMBF) 的鼎力支持。
用於切割、焊接等材料加工工序的二極體泵浦高功率雷射系統在工業中起著越來越重要的作用。相較於二氧化碳雷射器和閃光燈泵浦雷射器,二極體泵浦高功率雷射系統具有運營成本更低、效率更高而尺寸更小的優勢。目前,在光學材料加工中,光纖雷射器和光纖耦合二極體雷射器的重要性與日俱增。但是,隨著它們的廣泛應用,人們開始將焦點轉移到了成本問題。因此,既能提高雷射系統的性能又能降低生產成本的研發項目蓄勢待發。而紅外半導體雷射二極體可用於泵浦光纖雷射器,是主要的元件。它們在生產自動化和系統小型化方面具有巨大的潛力;例如,性能的提高意味著半導體晶圆的運用數量將會減少。
因此,IMOTHEB 項目的研究目標在於探索出可以大大降低泵浦模塊成本的新方法和新技術,這裡所說的泵浦模塊不僅包括半導體雷射器,而且還包括冷卻元件、光學元件和感測器。在項目期間,還計劃在保持相同高光束質量的同時,將半導體雷射器的光輸出提高 40%。IMOTHEB 項目將整條增值鏈從半導體晶圆映射到了整個雷射系統。項目的合作夥伴們帶來了他們各自專長領域的專業技術:
歐司朗光電半導體已經設定了提升半導體級集成度的目標,從而大大提高紅外雷射二極體的亮度。因而,微光學和微熱元件將直接集成到晶圆上。在項目進行的過程中,在保持相同高發射質量的同時,有望將光輸出的最佳值提高 40%。如果實現了更高的光輸出,雷射晶圆將成為光纖雷射泵浦模塊和光纖耦合二極體雷射器的理想元件。歐司朗光電半導體德國總部的項目主管 Alexander Bachmann 博士表示:「我們需要的是不僅能夠帶來技術效益還能夠帶來經濟效益的研究成果,從而增強我們的競爭實力。基於項目成果,我們的高亮度雷射二極體將在光纖中提供更高的光輸出,因而系統需要的晶圆數量就會更少,雷射系統也因此更為高效、更具成本效益。」
圖片來源:歐司朗
歐司朗光電半導體在 IMOTHEB 項目中開發的高功率雷射棒原型
圖片來源:歐司朗
雷射二極體光輸出更高,雷射系統的自動化組裝流程推陳出新,都旨在提升雷射焊接、雷射切割等工業應用的效率和成本效益。