Sheaumann 的单片 MOPA 技术为新兴应用领域提供了锥形半导体激光器，包括用于自动驾驶汽车的激光雷达。

输出功率大于 10 W 的多模半导体激光二极管已很容易获得。然而，无需光泵浦就能在如此大功率水平下工作的单模激光器以前只有大学或政府实验室才能制造。Sheaumann 正致力于制造一种商业上可行的单片主振荡器功率放大器（MOPA），其形式为锥形激光器，功率超过 8 W，可真正实现单纵模运行。这是尝试开发可制造、坚固可靠的商用锥形激光器，尤其是在这种功率下。

这张由 Sheaumann Laser 公司开发的集成锥形激光器示意图显示了它的三个主要组成部分；请注意，该示意图不按比例绘制。

ADAM ERLICH

输出功率大于 10 W 的多模半导体激光二极管很容易获得。然而，无需光泵浦就能以如此大的功率水平运行的单模激光器以前只有大学或政府实验室才能制造。Sheaumann Laser 公司（马萨诸塞州马尔堡市）正与马萨诸塞州洛厄尔大学（马萨诸塞州洛厄尔市）合作，以锥形激光器的形式制造一种具有商业可行性的单片主振荡器功率放大器（MOPA），其功率水平超过 8 W，可进行真正的单纵模工作。

这种锥形激光器是一种单片集成的光子器件，能够在高功率下实现真正的单模输出。它包括一个主振荡器部分，由带有集成布拉格反射器的种子激光器和功率放大器部分组成。

目前，市场上现有的单模光源功率不足、集成复杂、体积庞大、价格昂贵。Sheaumann 公司的新型单片锥形激光器可提供真正的单模操作，而没有现有解决方案的缺点。

这种锥形激光器的独特之处在于它是一种高功率、单片式器件，因此结构紧凑，批量生产成本低。与二极管泵浦固态（DPSS）激光器相比，单片结构的另一个好处是整体效率更高。这是因为 DPSS 激光器采用光学泵浦，而锥形激光器则直接将电能转换为激光。

开发细节

虽然也有其他锥形激光放大器作为独立解决方案，但它们需要进一步集成，无法实现单片设备的优势。统一结构将占地面积减少了约 2 倍，同时降低了封装成本。此外，集成结构还能防止独立组件之间的机械对准误差，并使其更容易集成到光纤耦合封装中。创建这种结构并使其协同工作是一个复杂的开发过程。

这种集成系统需要大量的建模和实证工作，以同时优化组成锥形激光器的三个器件中每个器件的外延和制造。例如，要保持良好的模式结构，就需要优化器件各个元件的外延层。在分布式布拉格反射器（DBR）部分设计合适的光栅也同样重要。这一设计非常复杂，因为需要确定占空比和蚀刻深度等参数，以产生适当的光束性能，这不仅适用于作为独立部分的分布式布拉格反射器，也适用于分布式布拉格反射器和放大器之间的相互作用。这是因为 DBR 部分和放大器部分共同形成的空腔长度要大于 DBR 单独形成的空腔长度。

开发锥形激光器的另一个关键环节是正确实施电气连接和电源管理。主振荡器部分由带集成布拉格反射器的种子激光器和功率放大器部分组成。芯片的这一部分需要毫安电流才能工作，而与振荡器相邻的是锥形放大器部分，其工作电流为安培。在尽量减少串扰的同时为两侧提供接触点至关重要，否则会导致种子激光器失效。要在小的半导体空间内满足这些不同的电流要求，需要在电源管理和开发良好的电气连接方面采用创新方法。

单片结构的主要优势之一是可以减少封装的占地面积，并防止独立组件之间出现机械对齐误差。Sheaumann 公司的工程师们在开发集成设备的过程中遇到的一个难题是，既要获得稳定的模式行为和良好的光束质量，又要实现高功率运行。此外，还须以可接受的阈值电流和斜率效率来实现这一功率。

可靠性和使用寿命与适当的热管理直接相关。高功率半导体激光器需要创新的封装和冷却技术才能可靠运行。为了散热，我们开发了将子安装件与散热片连接起来的创新解决方案。此外，为了确保使用寿命和可靠性，还须能够开发出能够承受高功率的刻面涂层。

要开发出将独立器件元件作为一个整体的统一结构，尤其是在整个晶圆上生产时，需要精心的设计、规划和执行。Sheaumann开发了一套工艺流程，以满足子元件级和晶圆级每个元件的需求。

技术优势

与同类技术相比，澳门葡京娱乐网址锥形激光器具有许多实际优势。由于锥形激光器是一个单一的集成系统，因此可以封装成一个紧凑的外形尺寸，并可与光纤耦合。虽然 DPSS 激光器可以实现高功率、单模运行，但 DPSS 通常比锥形激光器至少大一个数量级，而且效率较低。

目前，常用的真正单模工作光源包括 DBR 二极管激光器、分布式反馈 (DFB) 激光器、脊形激光器和广域发射器。4 与单片澳门威尼斯人官网业激光器相比，DBR 激光器在 500 mW 光谱单模工作时会出现明显的光谱跳模和较高的热漂移。虽然脊状激光器能提供良好的光束质量，但却无法提供高功率，而广域发射器虽然能提供高功率，但光束质量较差，而且会产生灾难性光损伤（COD）等不必要的热效应。

Sheaumann 目前正在开发一种波长为 1060 nm 的锥形激光器，其他波长从 780 nm 到 1080 nm 也有可能实现。公司很快就能在磷化铟（InP）晶圆上生长，从而将波长范围扩大到 1875 nm。肖曼公司可以定制这些锥形激光器及其他激光二极管产品，并可靠地大批量生产。