980nm OPS-VECSEL关键参数的理论分析

光抽运半导体垂直外腔面发射激光器(Optically Pumped Semiconductor Vertical External Cavity SurfaceEmission Laser)的输出特性受到诸多参数的影响,理论分析和模拟显得尤为重要.设计了一种以808 nm二极管激光耦合模块为光抽运光源,In_0.159Ga_0.841As/GaAs_0.94P_0.06为增益介质的980 nm光抽运垂直外腔面发射激光器,并借助于PICS3D软件计算了器件各种特性参数.分析了芯片半径、量子阱的周期数以及外腔镜反射率对器件性能的影响,特别是对阈值和光-光转换效率的影响.模拟结果表明,器件的半径影响光-光转换效率.量子阱个数和外腔镜反射率对器件的输出功率和光-光转换效率都有影响,所以要根据实际需要,设计、生长结构和进行实验.     

新型光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器

用量子阱技术生长的半导体材料作激光增益介质,AlGaAs/GaAs对做布喇格反射镜,并以简单的平凹腔做谐振腔,半导体激光器作泵浦源,制作出了光泵垂直外腔面发射半导体激光器.在抽运功率1.5 W时,得到了中心波长1005 nm、最大输出功率40 mW的激光,光－光转换效率2.7%.     

双波长外腔面发射激光器

双波长激光光源在干涉测量、非线性频率变换产生中红外及太赫兹波段相干辐射等方面有重要的应用.外腔面发射激光器具有输出功率高、光束质量好、发射波长可设计等突出优势,非常适合用于双波长的产生.用有源区为In0.185Ga0.815As/GaAs应变多量子阱、设计波长为960 nm,以及有源区为In0.26Ga0.74As/GaAsP0.02应变多量子阱、设计波长为1080 nm的两块半导体增益芯片,在一个共线Y型谐振腔中,获得了激光波长分别为953 nm和1100 nm的双波长输出,对应光谱线宽为1.1 nm和2.7 nm,波长间隔147 nm.室温下,每块增益芯片的抽运吸收功率均为5.8 W时,双波长激光器总的输出功率达到293 mW.     

增益腔模大失配型垂直外腔面发射激光器侧向激射抑制

垂直外腔面发射激光器(Vertical external cavity surface emitting laser,VECSEL)的侧向激射是制约其高性能工作的关键。我们设计了室温下量子阱增益峰与表面腔模大失配(30 nm)的增益芯片结构,并证实该结构可以有效抑制泵浦功率增加时VECSEL的侧向激射增强问题。增益芯片基底温度为20℃时,VECSEL正向激射波长位于980 nm,侧向激射波长位于950 nm,当泵浦功率逐步增加时,侧向激射强度随着正向激射的出现而迅速降低。这是因为激光正向激射时量子阱的受激辐射能级与正向激射激光模式匹配,正向激射的激光模式可以获取更高的模式增益,在与侧向模式的竞争中处于优势地位。当基底温度控制在0℃与10℃时,量子阱本征增益峰值与表面腔模失配度增大,此时VECSEL仍然表现出稳定的侧向激射抑制效果。     

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     

光谱稳定的低功耗980nm单模泵浦源半导体激光器

由于在很多特殊应用领域要求980 nm泵浦源半导体激光器具有光谱稳定、低功耗等,本文通过对980nm单模半导体激光器的腔长、腔面反射率及光纤光栅反射率等优化设计,研制出低阈值、高功率980 nm光纤光栅外腔波长稳定半导体激光器。该低功耗、波长稳定的单模半导体激光器,在100 m A工作电流下尾纤输出功率达到51 m W,3 d B带宽为0.16 nm,边模抑制比大于40 d B,器件在250 m A工作电流下,尾纤输出功率达到120 m W。     

单片双波长输出垂直外腔面发射激光器EI北大核心CSCD

报道了利用垂直外腔面发射激光器(Vertical external cavity surface emitting laser,VECSEL)的增益谱与腔模的大失配设计实现VECSEL双波长同时激射的方法,设计了稳定的振荡腔结构,理论预测了这种VECSEL的三种工作状态并进行了实验验证。随着VECSEL泵浦功率增加,增益芯片内部工作温度逐步升高,VECSEL依次出现带边波长激射、双波长激射及腔模波长激射三种工作状态。最初VECSEL的激射波长位于带边模式决定的激光波长(952.7 nm),随着泵浦功率增加,增益芯片热效应增强,腔模波长与带边波长出现模式竞争,此后出现双波长激射现象。双波长峰值强度接近时VECSEL激光输出功率达到359 mW,激光波长分别位于954.2 nm和1001.2 nm,在该位置附近VECSEL的输出功率曲线呈现明显的二次阈值现象。当泵浦功率持续增加,激光输出波长变为腔模波长激射,激光波长位于1002.4 nm。在单波长及双波长工作状态下VECSEL的光斑形貌均为高斯形貌的圆形对称激光光束,激光光束发散角半角由5.7°增加到7.9°。这种单芯片双波长输出VECSEL方案未来在抗干扰激光雷达以及频率转换太赫兹激光等方面有着很好的应用潜力。     

36 W侧面抽运腔内倍频Nd:YAG/KTP连续绿光激光器

通过优化平-凹-平三镜折叠腔结构设计,利用大功率半导体激光器侧面抽运、Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔内倍频,获得高效高功率连续绿色激光输出.当抽运电流约为36 A时,得到最高36.6 W的连续绿光激光输出,对应的光—光转换效率为8.71％.在输出功率33 W时测量激光功率稳定性,其功率不稳定度为0.27%.用刀口法测量了激光器高输出功率时的光束质量,光束质量因子小于8.对高功率抽运情况下三镜折叠腔的像散补偿、失调灵敏度和基模在腔内分布情况做了数值模拟. 关键词： 侧面抽运 腔内倍频 连续波     

基于钠硼铝硅酸盐玻璃的PbSe量子点红外单模光纤激光

根据实验制备的钠硼铝硅酸盐PbSe量子点玻璃及其透射电子显微镜(TEM)图、吸收谱和发射谱,计算机数值模拟了以PbSe量子点作为激活增益介质的红外单模光纤激光。应用遗传算法,通过数值求解粒子数速率方程和激光谐振腔振荡方程,优化计算了量子点光纤激光器(QDFL)的最佳抽运波长、光纤长度、掺杂浓度及出射镜反射率。结果表明:饱和抽运功率为2 W,在1676nm激光波长处,QDFL最大输出功率可达1.36 W,抽运效率达68%。与通常的掺稀土离子(Yb3+、Er3+)的光纤激光器相比,QDFL具有抽运效率高、激励阈值低、掺杂密度可调、光纤饱和长度短等特点。由于量子点辐射波长的尺寸依赖特性,容易形成多波长激射或波长可调的新型激光器。     

Cr4+∶YAG被动调Q微晶片激光器重复频率稳定性研究

对连续激光二极管抽运Nd∶YVO4/Cr4+∶YAG被动调Q微晶片激光器输出激光重复频率的稳定性进行了理论和实验研究.结果表明,谐振腔内存在最佳净增益,可以使激光器工作在稳定区.通过优化腔内的净增益,耦合输出镜反射率为85%,饱和吸收体初始透射率为70%,抽运功率从1.05 W到1.20 W的情况下,激光器工作在稳定区.当抽运功率为1.16 W时,获得了重复频率为19.48 kHz,稳定性优于0.68%(RMS)的高重复频率激光输出.进一步分析了抽运功率抖动对输出激光重复频率稳定性的影响.结果表明,激光器进入稳定区之后,抽运功率的抖动是制约输出激光重复频率稳定性进一步提高的最主要因素.针对抽运功率抖动带来的影响,讨论了增益预抽运技术,并比较了其优缺点.     

Output Characteristics of High-Power Continuous Wave Raman Fiber Laser at 1239 nm Using Phosphosilicate Fiber

A high-power singlemode Raman fiber laser (RFL) with maximum output power of 4.11 W and maximum power conversion efficiency of 47.40% at 1239 nm is realized using continuous wave 8.4 W Yb-doped double-clad fiber laser as a pump, 700 m phosphosilicate fiber, and a Raman cavity formed by a pair of fiber Bragg grating mirrors at 1239 nm. The output characteristics of the RFL at 1239 nm for different fiber lengths and output mirror reflectance are reported. Theoretical simulation is done to numerically optimize for fiber length and output coupler reflectivity to obtain maximum first Stokes power.     

Modelocked quantum dot vertical external cavity surface emitting laser

We report the first successful modelocking of a vertical external cavity surface emitting laser (VECSEL) with a quantum dot (QD) gain region. The VECSEL has a total of 35 QD-layers with an emission wavelength of about 1060 nm. In SESAM modelocked operation, we obtain an average output power of 27.4 mW with 18-ps pulses at a repetition rate of 2.57 GHz. This QD-VECSEL is used as-grown on a 450 μm thick substrate, which limits the average output power.     

Simultaneous Double-Color Continuous Wave Raman Fiber Laser at 1239 nm and 1484 nm Using Phosphosilicate Fiber

Simultaneous double-color high-power continuous wave (CW) Raman fiber laser at 1239 nm and 1484 nm is demonstrated which uses CW 8.4 W Yb-doped double-clad fiber laser at 1064 nm as a pump, 1 km phosphosilicate fiber, and cascaded cavities consisting of two pairs of fiber Bragg grating (FBG) mirrors. Maximum output powers are 0.65 W at 1239 nm and 0.97 W at 1484 nm with a 50%/50% output mirror reflectivity pair, and 0.37 W at 1239 nm and 1.06 W at 1484 nm with a 75.5%/50% pair. The output characteristics of this laser for different FBG mirror reflectivities are reported.     

Compact,temperature-stable multi-gigahertz passively modelocked semiconductor disk laser

We present a compact passively mode-locked semiconductor disk laser at 1045 nm. The gain chip without any post processing consists of 16 compressively strained In Ga As symmetrical step quantum wells in the active region. 3-GHz repetition rate, 4.9-ps pulse duration, and 30-mW average output power are obtained with 1.4 W of 808-nm incident pump power. The temperature stability of the laser is demonstrated to have an ideal shift rate of 0.035 nm/K of the lasing wavelength.     

1 060 nm高功率垂直腔面发射激光器的有源区设计

对1 060 nm高功率垂直腔面发射激光器的有源区进行了理论计算和设计。对比了GaAsP、GaAs和AlGaAs三种不同材料的垒层所组成的高应变InGaAs量子阱的性能。为了确定有源区阱层和垒层的参数,考虑了自热效应对功率的影响,使得模型更加精确可靠。发现所设计的In_0.28Ga_0.72As量子阱的阱宽和阱数的最佳值分别为9 nm和3个,输出功率可以达到瓦级。另外,对比了三种不同垒层的温度特性,结果显示,使用GaAsP垒层的器件在高温下具有更高的功率和更好的温度稳定性。最后,利用MOCVD生长了InGaAs/GaAsP量子阱并测试了其PL谱,实验数据与理论结果符合得很好。     

Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4双波长激光器的功率均衡实验研究

实验研究了Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4双波长激光器在不同抽运功率条件下,通过调节热沉温度达到功率均衡时的输出特性.实验结果表明:对于Nd∶YVO4/Nd∶GdVO4双波长激光器,当提高抽运功率,需要重新降低热沉温度达到功率均衡输出,降温幅度与抽运功率增加之比为11.23℃/W.与此同时,随着抽运功率和热沉温度的变化,双波长激光器的中心波长会出现小幅度的漂移,左峰波长随抽运功率增加的蓝移速率为0.056 nm/W,右峰波长随抽运功率增加的蓝移速率为0.054 nm/W.实验还发现功率均衡条件下激光器的输出总功率随抽运功率的增加而增加,拟合斜效率为8.7%,当抽运功率为5.58 W时,输出最大总功率达到115.7 mW.     

Post-growth tailoring of quantum-dot saturable absorber mirrors by chemical etching

We have designed and grown a resonant, low-finesse quantum-dot saturable absorber mirror and subsequently modified the important parameters using chemical etching. The modulation depth and saturation fluence at the design wavelength of 1064 nm were modified by etching the sample to tune the cavity resonance. The device properties were characterised using normal incidence spectroscopic reflectivity measurements, intensity dependent reflectivity measurements and modelled using a transfer matrix approach. The saturable absorber mirror was used to facilitate self-starting, passively mode locked pulses in a neodymium vanadate laser operating at 1064 nm. The etching was found to affect the duration of the pulses, leading to temporal width tuning over a range of 94 ps. The shortest pulse duration of 84 ps was achieved for the cavity resonance close to 1064 nm, with an output power of 3 W. This method is an effective technique for post-growth engineering of the properties of semiconductor saturable absorber mirrors (SESAMs) with nanometre precision.     

Diode-pumped passively mode-locked yb<Superscript>3+</Superscript>-doped yttrium lanthanum oxide ceramic sub-picosecond laser

A diode-pumped sub-picosecond laser is realized with Yb³⁺-doped yttrium lanthanum oxide transparent ceramic Yb:(Y_0.9La_0.1)₂O₃ as the gain medium for the first time. By using Gires-Tournois interferometer mirrors and chirped mirror for dispersion compensation and semiconductor saturable absorber mirror for passive mode-locking, laser pulse as short as 730 fs was obtained at the central wavelength of 1033 nm and repetition rate of 65.5 MHz. Under the maximum pump power of 6 W at 976 nm, the output power is 92 mW.     

894nm高温垂直腔面发射激光器及其芯片级铯原子钟系统的应用

报道了自行研制的894 nm高温垂直腔面发射激光器(VCSEL)以及基于此类器件的芯片级铯原子钟系统的应用实验结果.根据芯片级铯原子钟对VCSEL在特定高温环境下产生894.6 nm线偏振激光的要求,对器件的量子阱增益及腔模位置等材料结构参数进行了优化,确定增益-腔模失谐量为-15 nm,使器件的基本性能在高温环境下保持稳定.研制的VCSEL器件指标为:20—90?C温度范围内阈值电流保持在0.20—0.23 m A,0.5 m A工作电流下输出功率0.1 mW;85.6?C温度环境下激光波长894.6 nm,偏振选择比59.8:1;采用所研制的VCSEL与铯原子作用,获得了芯片级铯原子钟实施激光频率稳频的吸收谱线和实施微波频率稳频的相干布居囚禁谱线.     

高功率准连续激光二极管抽运的Nd：YVO4激光器

对高功率准连续激光二极管端面抽运的Nd:YVO4固体激光器进行了实验研究。研究了抽运功率、温度、重复率及输出镜的透过率对激光器输出功率的影响。当激光二极管重复率达到720Hz、抽动功率33.2W时,激光输出最大平均功率为11W。