大功率半导体激光器发展及相关技术概述

激光被称为"最快的刀"、"最准的尺"、"最亮的光",与原子能、计算机、半导体并称为20世纪新四大发明。大功率半导体激光器在工业加工、医疗美容、光纤通信、无人驾驶、智能机器人等方面有着广泛的应用。如何实现大功率半导体激光光源,一直以来都是国际的研究前沿和学科热点。为此,简述了大功率半导体激光器的发展历史,综述了大功率半导体激光器的共用技术,包括大功率芯片技术和大功率合束技术,并对大功率半导体激光的发展方向进行了展望。     

大功率半导体激光器远场光分布特性

对于以TM模工作的大功率半导体激光器,基于偏轴高斯光束模型,推导了描述其光波传播特性的非傍轴矢量场模型,数值计算了大功率半导体激光器光束的远场光强分布和发散角特性,讨论了bar型半导体激光器的远场光分布特性,给出了bar型半导体激光器的远场光强分布模型及数值仿真结果.仿真结果表明,大功率半导体激光器的矢量光场和标量光场...     

通信用大功率半导体激光器的温控系统

主要叙述通信用大功率半导体激光器曙控原理及激光组件的构成。解决了大功率半导体激光器工程应用中输出功率和波长随温度变化较大的问题。     

大功率全固态激光数控加工机床

工业焊接切割使用的大功率激光器主要经历了CO．激光器、灯泵浦Nd：YAG固体激光器阶段,现在正向全固态激光器的应用方向发展。全固态激光器集半导体激光器和固体激光器的优势于一体,具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、光束质量高等优点,近年来已成为激光学科的重点发展方向之一,大功率全固态激光器在工业加工、军事和科研等领域中有着十分重要的应用前景。     

新型多有源区隧道再生光耦合大功率半导体激光器

针对大功率半导体激光器面临的主要困难,提出并实现了一种隧道再生多有源区耦合大光腔 高效大功率半导体激光器机理.该机理能有效地解决光功率密度过高引起的端面灾变性毁坏 、热烧毁和光束质量差等大功率激光器存在的主要问题.采用低压金属有机化合物气相淀积 方法生长了以碳和硅作为掺杂剂的GaAs隧道结、GaAs/InGaAs 应变量子阱有源区和新型多有 源区半导体激光器外延结构,并制备了高性能大功率980nm激光器件.三有源区激光器外微分 量子效率达2.2,2A驱动电流下单面未镀膜激光输出功率高达2.5W. 关键词： 半导体激光器 大功率 金属有机化合物气相沉积     

碱蒸气激光半导体泵浦源谱宽压窄

 笑脸效应严重制约大功率半导体激光器输出谱宽压窄。为避免笑脸效应,以中心波长780 nm单宽面源大功率半导体激光器为研究对象,利用利特曼外腔结构,优化外腔参数,在激光器自由运转19 W时,获得11.5 W、外腔效率达61%的窄线宽输出。将窄线宽输出激光通过长25 cm, 80 kPa乙烷、110 ℃的铷池,96.7%的泵浦光被吸收,通过与理论模型对比,推断半导体激光器的输出谱宽为15 GHz(0.03 nm)。     

半导体垂直腔面发射激光器的微腔效应

应用腔量子电动力学和半导体物理学讨论了半导体垂直腔面发射激光器的微腔效应,得到了实际腔结构和注入载流子下的半导体生趣腔面发射激光器的自发发射谱,计算结果表明,半导体分布布拉格反射垂直腔激光器的单方向自发发射可以境强约２００倍。     

大功率半导体激光器驱动电源保护电路设计

大功率半导体激光器驱动电源的关键是保护电路的设计。通过双限流电路和浪涌强制吸收或隔离保护电路的设计，解决了大功率半导体激光器驱动电源常见的浪涌冲击和电流恒定的难题。实验结果表明电流输出稳定度达到0．04％，浪涌被很好地抑制。     

垂直腔面发射半导体微腔激光器

评述了垂直腔面发射半导体激光器研究的最新进展,就其结构特点、应变量子阱结构、超晶格镜面和微腔效应作了简要的论述,探讨了进一步降低半导体激光器阈值的途径,介绍了新型的氧化约束型垂直腔面发射半导体激光器,并对微腔激光器中自发辐射增强效应和三维封闭腔的特性给出了描述,同时展望了该器件的应用及发展前景。     

808nm大功率分布反馈激光器列阵研制

为提高大功率半导体激光器的泵浦效率,必须降低半导体激光器输出波长随温度的漂移系数。采用MOCVD外延技术、纳米压印和干法刻蚀附加湿法腐蚀等工艺制备了大功率分布反馈激光器列阵。激光器列阵的腔长为1 mm, 25℃时中心波长为808 nm,通过测试不同热沉温度下的P-V-I曲线和光谱图,表明当脉冲工作电流为148 A时,激光器列阵的输出功率可以达到100 W,斜率效率为0.9 W/A,光谱的FWHM为0.5 nm,边模抑制比可以达到40 dB,出射波长随温度的漂移系数为0.056 nm/℃,单列阵波长锁定范围可达50℃,总锁定范围100℃。另外还分析了腔面镀膜对波长锁定效果的影响。     

一种大功率窄脉冲半导体激光器测试台的研制

大功率窄脉冲半导体激光器主要光电性能参数为:输出峰值光功率、阈值电流、正向电压、上升时间、峰值波长、光谱半宽、半强度角.根据激光制导系统对大功率窄脉冲激光器参数的特殊测试要求,研制一种大功率窄脉冲激光器测试平台,将小型化大功率激励器功放模块、大范围可调DC-DC模块、信号源板、激光器座、光学准直镜集成在一个平台上,与峰值功率计、光谱仪、CCD摄像机等仪器配合,可测出大功率窄脉冲激光器的峰值功率、峰值波长及波长随温度变化的漂移特性、发光芯均匀性等参数.介绍了大功率窄脉冲激光器测试台的特点,并对测试结果作了论述.     

面发射分布反馈半导体激光器及光栅耦合半导体激光器

阐述了以曲线光栅面发射分布反馈半导体激光器（SEDFB）为代表的SE—DFB器件的原理和结构,讨论了它们的性能和特点并与其他类型的半导体激光器进行了比较。指出依靠曲线光栅特殊的衍射特性,可实现对模式的控制和二维漏模耦合阵列化出光,得到窄线宽（典型值0．08nm）、小发散角（典型值0．5mrad）、高亮度（单管近衍射极限3W（CW））和大功率（单管最高73w,列阵为kW级）的激光。综述了SE—DFB的发展历程、现状及未来的发展趋势,强调由于曲线光栅耦合SE—DFB激光器兼具边发射和面发射器件的优势和诸多其他优秀性能,将其应用于不同材料体系,不同结构的半导体激光器及其阵列,制作不同波段的高功率、高光束质量的SEDFB器件会有很好的研究意义和应用前景。     

半导体激光器的功率控制

为满足目前光纤通信领域中半导体激光器功率高精度控制的要求,结合半导体激光器的内部结构及其功率特性,重点研究了半导体激光器(LD)和光电二极管PD的工作原理,并根据激光器LD和光电二极管PD在实际工作状态下的特性参量提出了半导体激光器的高精度功率控制方法; 采用AD8304高动态范围对数放大器设计了一种应用于光学真延时系统中的半导体激光器功率控制电路,并根据AD8304对数放大器的内部结构及工作特性对整个闭环电路系统做了详细分析; 实验测试结果表明,该功率控制电路运行稳定、工作温度范围宽、控制精度高、成本低廉且易于集成,能够广泛适用于大多数半导体激光器中使用。     

水平腔面发射半导体激光器研究进展

近年来,水平腔面发射半导体激光器具有高功率、高光束质量及易封装集成等优良性能,已成为激光器领域的研究热点。本文详细阐述了几种水平腔面发射半导体激光器的结构设计、工作原理以及激光输出特性,并对该激光器国内外最新研究进展与发展现状进行了总结和论述。在此基础上,对该激光器的研究方向和发展趋势进行了分析与展望。目前,水平腔面发射半导体激光器的激光输出功率可达瓦级,美国Alfalight公司引入曲线形光栅的单一发射器输出功率可达73 W。随着应用领域的不断拓展,中远红外波段水平腔面发射激光器将成为未来的研究焦点。     

Functional organic single crystals for solid‐state laser applications

Because of long‐range order and high chemical purity, organic crystals have exhibit unique properties and attracted a lot of interest for application in solid‐state lasers. As optical gain materials, they exhibit high stimulated emission cross section and broad tunable wavelength emission as similar to their amorphous counterpart; moreover, high purity and high order give them superior properties such as low scattering trap densities, high thermal stability, as well as highly polarized emission. As electronic materials, they are potentially able to support high current densities, thus making it possible to realize current driven lasers. This paper mainly describes recent research progress in organic semiconductor laser crystals. The building molecules, crystal growth methods, as well as their stimulated emission characteristics related with crystal structures are introduced; in addition, the current state‐of‐the‐art in the field of crystal laser devices is reviewed. Furthermore, recent advances of crystal lasers at the nanoscale and single crystal light‐emitting transistors (LETs) are presented. Finally, an outlook and personal view is provided on the further developments of laser crystals and their applications.     

双光纤光栅外腔半导体激光器相干失效研究

根据双光纤Bragg光栅(FBG)外腔半导体激光器相干失效的物理过程, 运用速率方程和双FBG耦合模理论, 分析了双FBG外腔半导体激光器相干失效产生和控制的条件, 提出了实现和控制双FBG外腔半导体激光器相干失效多模稳定工作的方法. 双FBG外腔半导体激光器在相干失效下具有多模的稳定工作状态, 相干失效长度缩短, 相干失效长度内光谱稳定. 实验测量结果表明, 外腔反射率为3%时, 从非相干失效状态到相干失效状态, 半峰值全宽度从0.5 nm突然展宽到0.9 nm. 在相干失效状态下, 功率稳定, 边模抑制比大于45 dB, 在0℃–70℃工作温度范围内峰值波长漂移小于0.5 nm, 最小相干失效长度小于0.5 m. 双FBG外腔半导体激光器相干失效的应用对提高光纤放大器和光纤激光器的性能具有重要意义. 关键词： 非线性 半导体激光器 双光纤Bragg光栅 相干失效     

808nm大功率半导体激光迭阵偏振耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的应用越来越多,单个迭阵输出的光功率密度已经不能满足实际的需求,这就需要将多个半导体激光迭阵的光束耦合成为一个共同的光束,以提高输出功率和亮度.所以采用怎样的光束耦合技术能实现高亮度、高质量的激光输出就成了一个关键性的问题.对于该技术的研究,国内还没有实验方面的报道.主要介绍了大功率半导体激光器偏振耦合原理、实验的技术路线,以及对808nm半导体激光迭阵进行耦合实验的结果及分析.对2个bar、功率为40W/bar的808nm连续半导体激光迭阵,实现偏振耦合的总效率超过90%,聚焦得直径为3mm光斑,输出功率达到134W,总体效率超过84%.对7个bar、峰值功率100W/ba、r占空比20%的808nm准连续半导体激光迭阵进行了偏振耦合,其效率达到67%,得到4.5mm×4.5mm的光斑.     

Theoretical analysis of broad-area semiconductor lasers with laterally shifted modal reflectors

Broad-area (BA) semiconductor lasers enable the achieving of high output power. However, the beam quality is low because of the vast number of lateral modes supported by the wide structure. A solution to this problem can be to produce BA lasers with modal reflectors. In this paper a theoretical analysis of the near-threshold behavior of such lasers is provided. The emphasis is put on the geometrical precision of producing of the inhomogeneous mirror. Consequences of asymmetry, with regard to the low-ohmic contact center, and localization of the reflecting part of the mirror on laser operation is discussed.     

High‐brightness long‐wavelength semiconductor disk lasers

A review on the recent developments in the field of long‐wavelength (λ >1.2μm) high‐brightness optically‐pumped semiconductor disk lasers (OPSDLs) is presented. As thermal effects have such a crucial impact on the laser performance particular emphasis is given to modelling the thermal behaviour and optimisation of the heat‐sinking. Selected OPSDL devices, realized in different III‐V and IV‐VI semiconductor material systems, with corresponding emission wavelengths between 1.2 μm and 5.3 μm are presented. Specific applications in this broad spectral range are addressed and methods to obtain high output power are discussed in terms of the underlying material properties and device operating principles.