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。     

大功率半导体激光器的可靠性研究

对InGaAs/AlGaAs和InGaAsP/GaAs有源区含铝的915nm和无铝的808nm腔面镀膜及未镀膜的大功率半导体激光器进行了老化实验。在老化前通过综合参数测试仪测试两种激光器的斜率效率、阈值电流，发现有腔面膜的激光器比无腔面膜的激光器的阈值电流降低25％以上。在1.2倍阈值电流下，恒流老化40h左右，老化后再分别测试它们的阈值电流、功率参数，我们发现在老化后未镀膜的激光器的阈值电流和镀有腔面膜的激光器相比增加25mA以上，输出功率也比镀过腔面膜的减小到了原来的1／2，可见腔面保护对于延长激光器的寿命是很重要的。     

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...     

大功率垂直腔面发射激光器列阵的热模拟及优化

对垂直腔面发射激光器的产热情况进行了分析,简化了热源,建立了列阵的热传导模型,利用Comsol Multiphysics软件对模型进行了模拟计算。通过改变底发射列阵的单元直径和间距,对列阵的温升进行了计算。研制了4×4、5×5和8×8三种不同尺寸的列阵,功率分别为580,1 440,2 100 mW,对应功率密度分别为115,374,853 W/cm2。通过光谱的波长漂移计算出4 A时的温升分别为120,58,38℃。采用小孔径单元制作的列阵可以有效地降低列阵单元间的热串扰,获得高功率输出。     

基于微蒸发腔制冷的大功率激光二极管制冷组件

利用节流的高压冷却介质在微蒸发腔内相变吸热,设计了一种用于大功率激光二极管制冷的封装组件。该组件采用高热导的无氧铜,用精密线切割、化学腐蚀等技术制作微蒸发腔,再通过自制的焊接设备完成制冷组件的封装。按照大功率激光二极管条的发热模型,理论上对微蒸发腔制冷组件的温度分布进行了数值模拟,结果与60 W激光二极管条的散热实验符合较好,得到制冷剂流量为23 m L/min时的热阻为0.289℃/W。     

Validity of Scalar Approaches to Radiation Modes of the GaAs-Based 1.3-μm Diode Lasers Designed for the Optical–Fibre Communication

The work presents a comparison between results of optical simulations based on the scalar and vectorial models applied to both stripe – geometry Fabry-Perot (FPL) as well as vertical-cavity surface-emitting (VCSEL) diode lasers designed for the 1.3-μm optical–fibre communication. As compared to vectorial optical approaches, scalar ones are known to be less exact but simultaneously they need as many as approximately 100 times shorter computation time, which favours those models in many applications. Therefore, vectorial models should be applied only in cases of confirmed faulty performance of scalar ones. While the Effective Index Method and the Effective Frequency Method have been chosen as scalar approaches to FPLs and VCSELs, respectively, simulations, the Method of Lines has been used in both cases as a vectorial one. Scalar models have been found to be quite exact in the case of a determination of the effective refractive index and wavelength of emitted radiation, whereas their exactness in the lasing threshold analysis is much worse, especially in the case of higher-order modes. Our analysis is concluded with the determination of the regions where both models give satisfactorily close results.     

大功率半导体激光器远场特性研究

由于半导体激光器输出光束的不对称性,使得它在许多应用过程中必须采用特殊的光学系统进行光束整形。在设计光学系统的光学元件及进行光学耦合时需要了解激光器的远场特性。通过用量子阱激光器的解理面上的边界条件解亥姆霍兹方程,获得关于远场强度分布、光束散角,并用计算机给出各种理论曲线及数据。用自行设计制作的测试装置测量,获得激光器的远场分布曲线给出了测试数据。计算机给出的理论远场分布曲线与实验测试获得的远场分布曲线完全一致。     

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。     

Wavelength Tuning Characteristics of a Vertival Cavity Surface Emitting Laser Diode with an External Short Cavity

The characteristics of a wavelength tunable vertical cavity surface emitting laser diode (VCSEL) with an external short cavity are analyzed, in which the oscillation wavelength can be changed over several tens of nanometers with a nearly constant optical power by slightly altering the external cavity length. Analysis is based on rate equations for the optical power and carrier density, taking the effect of carrier-induced refractive index change into consideration, together with the study of behaviors of a complex resonator. The reflection coefficient r₂ of a laser facet facing the external mirror is shown to affect notably the characteristics of wavelength tuning, optical power and carrier density for a change of the external cavity length. It is also noticed that the wavelength change for this length becomes slower with relatively larger r₂ due to an increasing contribution of the effect of carrier-induced refractive index change, within the optical gain spectrum of the laser diode.     

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.     

980 nm大功率垂直腔面发射激光器偏振特性

大功率垂直腔面发射激光器单管器件出光口径大、横向模式多。随着注入电流和工作温度的改变出射光偏振态在两个正交偏振基态上转换。为分析输出光偏振特性,采用500μm出光口径980nm底发射器件,通过控制器件热沉温度,利用偏振分光镜分离正交偏振基态为透射波和反射波,半导体综合参数测试仪测量其功率、中心波长等参量。分析得出:两个偏振态的光功率温度特性与未加偏振分光镜时的总输出光的温度特性基本一致,中心波长差随温度升高缓慢增加。在温度低于328K时,随着注入电流的增大,反射波首先达到阈值,形成激射。但透射光波形成激射后其斜效率大于反射波。因此在达到某个电流后两个偏振态的功率变化曲线出现交替。当温度升高到328K以上时两个偏振态的功率曲线却没有明显的交替。根据对大尺寸VCSEL器件偏振特性的研究,提出通过外腔选频的方法来控制偏振的方案,分析计算后得出外腔腔长大约为0.45mm。     

高亮度锥形半导体激光器

介绍了由双量子阱非对称波导结构外延片刻蚀成的带有脊形波导结构的锥形半导体激光器。该激光器有效抑制了p型区域对激光的影响,减小了半导体激光快轴方向的发散角,同时采用脊形结构和锥形结构的组合获得了高亮度激光。实验中,在电流7 A时获得了中心波长963 nm、连续功率4.026 W的激光输出。测得慢轴方向和快轴方向激光光束参数乘积分别为1.593 mm·mrad和0.668 mm·mrad。     

高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备

垂直外腔面发射半导体激光器(vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL)兼具高功率与良好的光束质量,是半导体激光器领域的持续研究热点之一.本文开展了光抽运VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度及温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,证实采用双侧GaAsP应变补偿的发光区具有更理想的增益特性.对MOCVD生长的VECSEL进行器件制备,实现了VECSEL在抽运功率为35 W时输出功率达到9.82 W,并且功率曲线仍然没有饱和;通过变化外腔镜的反射率, VECSEL的激光波长随抽运功率的漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,证实外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,从而影响VECSEL激光输出功率.所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激光光斑呈现良好的圆形对称性.