Wavelength Technology








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RONAR-SMITH® LASER OPTICS & IR IMAGING


国际光电子新闻


220瓦脉冲激光器


对于他们的905D3J08系列,加拿大LASER COMPONENTS可以在905纳米波段生产功率峰值220W脉冲激光器。利用业已证明的nanostack激光技术,其中包括多重外延发射体组合,总共可达200微米×10微米孔径.通过脉冲长度100纳秒的单发射体可以达到峰值输出功率至少75瓦。超过150瓦,例如220瓦是通过堆装置达到。双堆置的发射面积仅仅能达到200微米x125微米,三堆置发射面积为200微米x250微米. 由于高功率峰值搭配小的发射面积可以达到很好的功率强度,这些脉冲激光二极管打开了全新的应用局面,例如云高计、高度表、激光探测和测距(激光雷达)或长距离下的遥测距离这些新的905纳米的脉冲激光二极管以TO-18,5.6毫米, 9毫米和8-32 coax包装或者作为一个陶瓷载体上的芯片.


多达250瓦特的脉冲激光组件


在紧凑套管里,LS/LT系列的脉冲激光组件包含了所有能保证脉冲激光二极管安全运行的特点。

组件很容易使用而且仅仅要求+5/12 VDC作业电压和触发信号. 以最高性能可达250瓦, 组件和普通连续激光二极管一样便于操作. 脉冲激光二极管在905纳米或1550纳米波段集成,在905nm处, 用脉冲长度为2.5纳秒到1微秒可达到最高性能跨度5-250瓦. 在"眼安全"1550nm的光谱范围内, 用4纳秒到200纳秒范围内的脉冲长度可达到3瓦到80瓦的组件功率.


对大多数应用,脉冲激光组件通常使用固定脉冲而且脉冲长度是足够的.

其他的可以简单的通过更改控制电压改变这些参数的组件也是有的,用户可以在一个更广的范围内定义仪器参数,甚至可以在操作中即时改变。

另外一个优势就是在发展和测试阶段的成本节省,比如在使用单体脉冲激光单元的时候,可以生成另一个脉冲长度和表现范围

除了一系列标准组件产品,可要求定制版本.  


眼安全1550纳米激光二极管


新的laser component 1550系列的激光脉冲二极管在1550纳米波段提供功率峰值超过50, 同时保留1级激光. 竞争力的功率输出可以由一个高效率的,并在80度下70%能量保留的MOCVDMBE生成的0.35W/A结构达到,功率峰值范围从6mil6瓦到14mil12瓦,直到4堆装置的50瓦,所有以上的都可以承受短脉冲的能力。通常使用密封性好的TO18罐,但是如果需要其他包装也是可以。1550纳米系列的应用包括肉眼安全波段下的激光测距,激光雷达和敌我分析的感应器。


辫状的高功率脉冲激光二极管

对于TO包装的脉冲激光二极管(PLD)作为补充的是一个新范围的光纤耦合PLD. 通常此类光纤中心直径为100200微米,另一个好处是齐输出光束剖面,使用镜片连接光纤是个优势,很多模式可以在光纤内被减弱,否则会被镜片成像。新的光纤耦合脉冲激光二极管可以被用在高解析度的测距系统。


中红外波段脉冲光二极管


除建立了良好的在905nm1550nm波段的脉冲激光二极管生产线,laser component还提供在4.7微米、5.5微米、9.5微米波段的脉冲激光器.这些激光在200纳秒的脉冲长度可以有0.5瓦以上的输出功率 可以应用在需要透过非透明物体或近红外波长段的观察上。在这些情况下现在可以使用另一个波长范围。但是使用中红外波段在自由空间内传输数据也有下列好处:比较起1.55um,有850倍的rayleigh散射损失。18Mie散射损失、至少7倍闪烁损失。在一个试验里比较了2个自由空间里的传输装置,一个在155微米传输,一个在8微米传输。在几乎0可见度的情况下,2个传输都失败了,但是当雾散去,区别就很明显了,中红外为基础的传输比近红外连接早恢复稳定将近1个小时。


我们的中红外激光组装在一个手机大小原产quanta的激光头里,包括了需要的驱动和控制器。


reach through”雪崩光电二极管

SAR500x Si-APD500微米的带有” reach through’’结构的探测芯片。这个结构可以在波段范围400-1100纳米达到很高的敏感度,并且同时对于非常快速的起落时间,通常450纳秒。SAR500X由密闭性很好的TO-46罐包装,The SAR500X设计用于激光测距,数据传输速度1Gbits/s的光纤通信。这些应用对于高速度和高敏感度的需求很有意义。SARP500x 是一种 SAR500S 类型的APD专门应用于非常低噪音和无照电流的 (通常 200 pA@M = 100).因此非常适合用于探测很微弱的光线,SARP500 系列可以用TO-46罐包装或者带有热电冷却的TP37包装。 这个APD还很适用于光谱学,荧光测量,医药科技和激光探测和测距(激光雷达)应用。


“Red” 硅雪崩光电二极管

除了优化后可以和脉冲激光二极管共同使用在近红外波段(大概900纳米)的Si-APD外,我们还提供了我们自己的红色波段表现极佳的APD. SAE500V系列通常适用于侦测最小量的400-1050纳米波段的光。对于38 A/W的敏感度, 最适宜的波段是650 nm. 此类二极管已经和廉价的650nm的二极管共同优化用于测距系统 其他的应用包括了数据传输,荧光测量。SAE500V系列具有外延结构并且在4寸的晶上生产出来. APD 芯片有一个直径500微米的活跃表面并且组装到TO-46 (或者选择球体镜片) 或者SMD housing. 顾客定义的组装和活动表面同样可以有求必应。


工业用的脉冲激光二极管


脉冲激光二极管在军事上有广泛的应用得益于他们的短脉冲波长及很高的输出功率非常适用于测量距离。 他们在科技上的进步以及成本节省开拓了度量衡学以及医药学新领域的应用。很多制造商提供便宜的激光二极管可以发射短但是能量密集的光脉冲,可以达到220瓦。


应用原理


大多数的激光二极管都是连续波长发光,功率从毫瓦级别到瓦,此类二极管不能过载,如果超过最大允许功率,即使很短时间内激光谐振器也会受损,之后激光输出便停止。而脉冲激光二极管可在短时间内过载,来达到应用所需要的最高值。此范围内的应用应该低于全部范围的0.1%。例如一个100纳秒的脉冲紧跟着一个100微秒的暂停,很短的脉冲可以在KHz的范围内以特定反复率出现,可以达到的最大的脉冲长度应该在200纳米的范围。几十安培的激光电流用来产生光脉冲,需要非常快速开关的晶体管以及各种电连接部位尽可能短的合适的电路来减少电导损失。


装置结构


第一个半导体激光由在砷化镓材料上形成一个p-n junction来完成。下一代的进化产品是由一个单独的AlGaAs层在一侧生长,同时通过扩散锌材料到n-type材料中形成一个p-n junction异质结构激光器,

他们受到由于大量的非扩散性重新组合的载体产生的自热影响,降低了他们的效率,室温下他们有效的发射904纳米的激光,但是超过80度便停止工作。引进了双异质结构装置,效率和激光厥值得到改善,其中的控制波长的活跃层被更高带隙的层所包围来限制带电载体。自然中很多可以提供更高折射系数的这种活跃层来限制光子并在激光中产生波导,此类的结构可能在活跃层中使用砷化镓,通常是在次微米级别,被夹在2AlGaAs中,增加控制了量的铝到活跃激光中可以使制造商降低发射波长到800纳米,在量子势阱结构中,活跃层的厚度近似于带电载体波函数的周期,在这样的二极管中,能量势阱相当的窄(typically < 10 nm) 以至于带电载体只在一个水平上被激活,导致了带电载体占领能量级的量子化,量子势阱通常通过使用异质结构而达到,例如GaInAsP/GaInAs or AlGaAs/GaAs.只有一个势阱的结构被叫做单层量子势阱 (SQW); 几个势阱出现的地方叫做多层量子势阱(MQW). 量子势阱装置通常都是高效率的 ,可以设计来防止载体热化达到100度以上的装置正常运行。


特点:


激光二极管的发射波长主要由在半导体中活跃和被动层中的使用的材料决定。商业的脉冲激光二极管典型的波长在850-8709051550纳米。905纳米装置的AlGaAs结构以可以信赖的光束质量和温度稳定性而出名。高效率的1W/A对于典型的150纳秒的脉冲长度可以允许单发光体达到40瓦的能量,堆装置到达220瓦。

可用的包装包括密封金属罐, (e.g. TO-18, 5.6 mm, 9 mm或同轴) 以及经济适用的塑料包装。1550纳米装置比起905纳米在中红外波段可在更高的功率峰值运行,并且同时对人眼安全,因为激光辐射并没有直接聚焦在视网膜, 这些二极管以InP为基础,另加InGaAsP层,可以被分子光束外延或者有机金属化学汽相淀积来生成,高达50瓦的峰值功率输出可以通过堆装置的0.35 W/A效率达到. 由于吸热原因这些装置只有9 mm或者TO-18的包装.


应用:


即使在光速,光子需要特定时间来完成测距仪器和被测物体间的距离,因为已知材料的折射率可以知道,所以光速也可知,且可以精确的利用时间来计算出脉冲光准确的距离。激光测速枪是一种脉冲激光二极管的典型运用。使用小于10个纳秒的脉冲长度功率可达50瓦。250KM/h高速飞驰的汽车可以可以很容易在1000米的范围内被测量到。此范围内的准确度大概在 1 - 3%. 猎人使用肉眼安全的测距仪来测量和目标间的距离,猎鹿人和周围的人都不用担心他们的视力。在这种情况下,1流的激光装置在1秒内可以传达准确的信息,600米范围内的精确度是2米。另一个应用中,高尔夫球手使用激光测距来提升他们的水平,驾驶员可以通过他们得到接近碰撞危险的警告。激光感应器也被广泛应用在船的导航系统,特别是在码头和港口,以及机场在多云状况下的测量,同时在观测和建筑方面也有应用。激光安全扫描仪,在脉冲激光二极管以及高敏感度的APD的基础上产生了幕激光可以在潜在的危险地带探测出人或者物体的存在。例如在自动生产线上。最后,医药上也有一定范围的应用,包括激光针灸治疗


信赖度


由于使用了其他光源,脉冲激光二极管的使用寿命和运行条件息息相关,没有破坏的情况下,装置可以在短时间内过载,或者当脉冲能量因使用2纳米短的脉冲周期而降低。用户要选择适宜的装置和驱动条件来配合应用和使用寿命。有的情况下1个小时之内的寿命就足够了,例如军事上的晶闸管点火,但是在三班倒的环境下的工业安全扫瞄仪需要可靠的运行数万小时。下面是由多年使用脉冲激光二极管的经验以及给出了平均失败时间用一系列范围内的参数表达的公式。


MTTF=k·{Po/L}-6·tw-2·F-1·f(T)

MTTF (hours) = 平均失败时间

Po(mW)=光学功率峰值

L (um)=发射体长度

tw(ns)=脉冲长度

F(kHz)=重复频率

F(T)=温度决定的乘法系数(25度是为1

K=  材料系数(1.14x1020905纳米材料的系数)


例如: 室温下75微米发射体的4w脉冲激光二极管的, 100毫微秒的脉冲长度和10千赫的重复率.典型的mttf大约为五万小时. 如果功率增加到6W,所有其他参数不变,寿命将减少至4500小时. 发射体长度也同样重要,如果功率减半,或发射体长度长一倍,寿命增加了64倍。


概述:


从激光二极管发出的短的强大脉冲是一个使多种应用中成为可能的技术,连续波长的激光二极管不能用于技术或经济原因. 若干厂商可以提供应用于850nm,905nm1550nm的设备,  单辐射源和堆垛装置,提供更广泛的输出功率及发射面积.


雪崩光电二极管(APD


没有APD,我们无法想象微光探测,激光雷达系统,光纤数据传输,条形码扫描器或者生物医药仪器。


什么是APD?


apd不同于"正常"光电二极管,来袭的光子在内部引发电荷雪崩. 先决条件是对APD运用反向偏压来拓宽吸收层"A".一般的光电二极管,来袭的光子产生的电子-空穴