数值模拟980nm锥形半导体激光器输出特性

具有高功率及高亮度激光特性的锥形半导体激光器在激光加工、自由空间通信、医疗等领域具有广泛的应用前景.本文基于广角差分光束传播法(WA-FD-BPM),对980 nm锥形半导体激光器进行了仿真模拟,详细分析了不同结构参数(脊形区刻蚀深度、锥形角度、不同脊形区/锥形区长度比、锥形区刻蚀深度、前腔面反射率)对器件光束质量和P...     

稳定耦合效率的沟槽结构半导体激光器

为了稳定半导体激光器激射光束在光纤传输过程的耦合效率,提出一种沟槽结构的半导体激光器,并对该结构激光器的光束、耦合效率及P-I特性进行研究。在普通条形半导体激光器的脊形区刻蚀了周期性的沟槽结构,来改善半导体激光器有源区的增益分布。通过对比普通结构与沟槽结构半导体激光器的光束分析,测试其耦合效率以及P-I特性。结果表明:沟槽结构的半导体激光器能够使光腔内模式更加稳定,输出光束更加集中,并避免了"Kink"效应的发生;与此同时,耦合效率提高至97.7%,并且较普通结构激光器更为稳定。沟槽结构半导体激光器有效地解决了光斑跳动问题,稳定了激光器的耦和效率。     

850nm高亮度锥形半导体激光器的光电特性

采用激射波长为850 rm的AlGaInAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制增益量子阱结构的外延片,设计并制备了具有条形结构和锥形结构的半导体激光器.在输出功率同为1 W时,锥形激光器的发散角、光束传播因子和亮度分别为4°、2.8和9.9 MW·cm-2·sr-1,远好于条形激光器的6°、9.2和3.0 MW·cm...     

850nm锥形半导体激光器的温度特性

采用激射波长为850 nm的AlGaInAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制增益量子阱结构的外延片,分别制备了具有锥形结构和条形结构的半导体激光器,并对比分析了两者的温度特性。结果显示,测试温度为20～70℃时,锥形结构器件的特征温度为164 K,远高于条形结构器件的96 K;占空比为0.5%（t=50μs,f=100 Hz）,1 000 mA脉冲电流注入条件下,锥形激光器和条形激光器的波长漂移系数分别为0.25和0.28 nm/K;测试温度〈50℃时,锥形激光器和条形激光器的光谱半高宽分别约为1.12和1.24 nm。实验结果表明：相同外延层结构条件下,锥形激光器比条形激光器拥有更高的特征温度。     

一种结合增益耦合分布反馈光栅的多模干涉波导半导体激光器的研制

半导体激光器是现代通讯领域的核心器件.研究和开发具有高稳定性、高功率、高光束质量、窄线宽的单模半导体激光器是目前半导体激光器研究领域的一个重要的研究方向.本文在窄脊型边发射半导体激光器的结构基础上,提出并研制了一种在980 nm波段附近的利用有源多模干涉波导结构作为激光器的主要增益区,利用增益耦合式分布反馈光栅对激光器的纵向模式进行调制的新型边发射半导体激光器芯片结构.通过对比实验可以看出,这种激光器相较于一般的分布反馈式半导体激光器,其具有更高的斜率效率和输出功率;而相较于一般的多模干涉波导激光器,这种激光器具有更高的光束质量和更好的稳定性.同时,由于在芯片设计和制造过程中采用了表面刻蚀形成的高阶分布反馈光栅,这种激光芯片的制造无需二次外延,只需要微米量级精度的i线光刻即可实现,是一种制备工艺较为简单、制造成本较低、利于商用量产的芯片结构.     

铅卤钙钛矿法布里-帕罗谐振腔激光器

随着后摩尔时代的到来,对大容量、高速度信息处理的需求使得半导体器件应用由电子集成转向光子集成,高性能微纳激光器是实现光子集成的重要环节.种类丰富的半导体材料促进了半导体微纳激光器的快速发展,近年来,随着大量新型半导体材料(如二维半导体、铅卤钙钛矿等)的涌现,有望实现半导体微纳激光器性能的进一步提升.由于钙钛矿材料具有高光吸收、缺陷高容忍、激子结合能大等优异光学性质,使其成为高增益、低阈值半导体微纳激光器的优秀候选材料.法布里-珀罗(F-P)谐振腔激光器是钙钛矿激光器中研究广泛、结构简单、应用价值较高的一类激光器.本文以铅卤钙钛矿F-P谐振腔激光器为例,对其工作机理以及近年来的研究成果进行综述,从激子与光子弱耦合的光子激光和强耦合的极化子激光两个方面出发,详细介绍了钙钛矿材料既作为增益介质又作为谐振腔的F-P结构激光器以及仅作为增益介质的F-P腔激光器的激光的产生原理和影响因素,最后总结了钙钛矿F-P谐振腔激光器当前面临的挑战,展望了其进一步发展可能具备的前景.     

半导体激光器圆波导的低耦合损耗机制分析

设计了一种具有圆对称波导的半导体激光器,利用有限差分-光束传播法(FD-BPM)研究了半导体激光器圆波导的远场图象(FFP)与波导参量的关系,并分析了光纤与半导体激光器低损耗耦合机制.     

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。     

锥形脊结构半导体光放大器的有限元分析

为提高半导体光放大器与单模光纤耦合效率，建立了半导体放大器的锥形脊结构模型。在该模型下利用有限元数值模拟方法分析，计算了波导区折射率、锥尖宽度、条形波导尺寸、渐变折射率波导层对锥形脊结构模式扩展的影响。通过完善锥形脊结构参量的设计，获得了锥形脊结构半导体光放大器与单模光纤95％的耦合效率。     

Stable high optical power in quantum well lasers with profiled reflection and tapered structures

A comprehensive model is presented to study quantum well tapered lasers and quantum well stripe lasers with profiled reflectivity output facets and to obtain lateral stability in high power semiconductor laser. Simulation of semiconductor lasers is performed by numerically solving space-dependent coupled partial differential equations for the complex optical forward and backward waves, carrier density distribution and temperature distribution. The coupled equations are solved by finite difference beam propagation method. The effect of nonlinear parameters like Kerr and linewidth enhancement factors, and precise dependence of linewidth enhancement factor and gain factor on the carrier density and temperature are considered in this paper. We use modal reflector in stripe lasers to confine the lateral mode to the stripe centre and provide the stable operation. We also use unpumped window to reduce the facet temperature and improve the catastrophic optical mirror damage level of tapered lasers.     

40K-87Rb原子冷却的半导体激光系统

对⁴⁰K-⁸⁷Rb原子冷却的半导体激光系统提出了一种实验方案，并进行了初步实验.采用三台外腔光栅反馈半导体激光器(ECDL)、四台注入锁定从激光器和一台半导体激光放大器组成激光系统.三台ECDL通过声光调制器产生四束光，分别作为⁴⁰K和⁸⁷Rb原子的冷却光和再抽运光，四束不同频率成分的激光分别注入锁定四台从激光器，然后Rb 冷却光、K冷却光和K再抽运光再同时注入半导体激光放大器进行放大.该装置可同时产生冷却⁴⁰K和⁸⁷Rb原子的冷却光和再抽运光，结构紧凑、工作稳定. 关键词： 简并费米气体 激光器系统 外腔光栅反馈半导体激光器 半导体激光放大器     

High-brightness diode lasers

The basic concepts and some modelling aspects of high-brightness semiconductor lasers are reviewed. The technology of lasers with a tapered gain-region is described. They provide the highest brightness of a semiconductor source with continuous wave emission in the visible and near infrared spectral range. Experimental results are presented for tapered lasers emitting at 735 nm and 808 nm. Output powers of 3 W were achieved in nearly diffraction limited beams. To cite this article: H. Wenzel et al., C. R. Physique 4 (2003).     

940 nm low beam divergence tapered window laser arrays

The structures of 940 nm low vertical beam divergence semiconductor lasers grown by molecular beam epitaxy are presented. The high power laser consists of an array of closely spaced tapered waveguides giving lower parallel beam divergence and window structure. The emission wavelength is 939 nm. The FWHM of the far field pattern is 8×30°. The maximum continuous wave (CW) output power of 30 W has been achieved. In the aging tests, the laser arrays have been operating for over 3000 h under the CW condition of 25 W.     

ZnS Nanospheres for Optical Modulator in an Erbium-Doped Fiber Laser

Zinc sulfide (ZnS), which belongs to transition metal monochalcogenides, is a semiconductor material with wide direct band gap. It can potentially show some special applications (such as luminescence, phosphor, sensors, infrared window materials, photocatalysis) by changing the morphology, size, and crystal structure of semiconductor materials. However, ZnS nanospheres have not been studied as optical modulators until now. Herein, ZnS nanospheres are synthesized by the hydrothermal method and are used to realize optical modulators in an Er-doped fiber laser. The evanescent field effect is utilized to incorporate the ZnS nanospheres on a tapered fiber. Furthermore, with the increase in pump power, the modulation interval gradually decreases to a minimum of 34.36 ns corresponding to the modulation frequency of 29.1 MHz, which is the highest modulation frequency to our knowledge in a ring cavity all-fiber laser. These results demonstrate ZnS nanospheres together with the interaction of dispersion and nonlinearity in optical fibers can modulate the proposed lasers. This not only provides a new method for controlling the power and frequency of all optical modulators, but also marks an important step for ZnS materials in optics research and device applications.