高功率二极管激光器寿命测试

 介绍了高功率激光二极管不同模式的失效机理，分析了激光二极管不同的寿命测试方法；在冷却水温20℃和实际工作温度下分别对封装的激光器进行了寿命测试。根据试验结果得出退化率，推算出准连续二极管激光器在水温20℃，电流90A，占空比为10%（500Hz，200μs）时，平均激光工作寿命为2.19×10⁹次脉冲；冷却水温35℃时，其平均激光工作寿命下降为1.65×10⁹次脉冲。由实验结果分析得出，高功率激光器封装工艺中的焊料沉积和多层焊接技术，以及工作环境温度是影响激光器可靠性和寿命的关键因素。     

基于mini-bar的二极管激光器焊接实验研究

半导体激光器封装工艺过程对于激光器的输出特性、寿命等性能有重要影响,其中焊料的选择和焊接工艺是最关键的因素。采用半自动焊接系统将mini-bar芯片通过In焊料直接焊接在Cu热沉上,并通过硬件改进、软件优化、放缓成像过程等措施实现了高精度、高可靠性的焊接。通过对激光器的性能测试发现,其焊接功率稳定,焊接精度均值可达20 m,smile效应值可以控制在0.5 m。     

4 mm腔长高功率单管半导体激光器封装应力的研究

为了减小长腔长高功率单管半导体激光器在封装过程中引入的热应力,根据应力改变禁带宽度的原理,理论上推导了应力与波长漂移的关系,提出了一种通过测量激光器脉冲条件下的光谱来定量计算激光器应力的方法。利用这种方法得到的研究结果表明,焊接质量直接决定着应力的大小,由焊接质量的不同引起的应力差值超过了300 MPa,提出了优化焊接回流曲线的方法,使激光器的应力由原来129.7 MPa降低到53.4 MPa,该方法还有效的解决了封装应力随储存时间变化的问题。实验表明,激光器光谱图的测量分析是研究高功率单管半导体激光器封装应力的有效方法,也是检测分析烧结工艺的有效手段。     

高功率二极管激光器失效特性研究

利用统计分析手段,对高功率二极管激光器封装中各工艺环节引起器件失效的原因进行了分析和归类.根据几种失效模式的分析结果,焊接空隙、结短路、腔面退化是引起高功率DL失效的主要模式,针对高功率二极管激光器失效的主要模式,对焊料沉积夹具及焊接工艺参数进行了改进和优化,大大提高了封装工艺水平,使封装的器件成品率由原来的77%提高到了85%以上.     

940nm波长高功率线阵二极管激光器封装研究

 对940nm波长高功率线阵二极管激光器的封装结构进行了重新设计，并在此基础上开展了芯片的封装实验。封装出的线阵二极管激光器，在连续工作时输出激光功率达40W，在准连续工作时（占空比0.5%），输出峰值功率可达100W。     

半导体激光器巴条封装应力及评价

为了快捷而有效地检测半导体激光器的封装应力,设计了一种通过检测激光器巴条各个单元偏振度揭示出其封装应力分布的实验方法。实验测试半导体激光器巴条的各项参数,并利用有限元软件模拟,通过半导体能带与应力理论,说明偏振度与封装应力的影响关系。实验表明,巴条个别发光单元的偏振度较低、阈值电流较高是由于封装应力较大。通过计算,封装应力为141.92 MPa,偏振等效应力最大为26.73 MPa。实验器件在阈值以下的偏振度较好地反映了封装应力的分布趋势。利用阈值电流以下测量器件偏振度,可以为选择热沉及焊料材料、焊接工艺参数的改进等方面提供一个较为快捷而有效的检测方法。     

连续100W量子阱二极管激光器封装工艺

为了提高激光器输出功率,对研制的铜微通道冷却器性能进行了测试,分析了其散热能力。设计了一种在软焊料中掺杂金属添加剂的工艺,有效抑制了晶须生长,并利用该冷却器和新工艺封装出了连续100W大功率二极管激光器,并对封装的器件进行了性能测试。测试结果表明,封装的连续100W器件在工作电流105 A时,输出功率超过了100W,中心波长为808.5 nm,光谱半高宽为2.15 nm,器件的smile尺寸小于2μm,部分值小于0.5μm。     

管式炉中半导体激光器巴条Au80Sn20焊料封装研究

为了提高半导体激光器的封装质量和效率,引入管式炉利用夹具进行批量封装。由于封装质量的好坏直接影响半导体激光器的输出特性和使用寿命,利用MOCVD生长808 nm芯片,重点分析了管式炉温度和封装时间对半导体激光器巴条双面金锡封装质量的影响。利用X射线检测、结电压、光电特性参数和smile效应测试手段,确定了管式炉封装半导体激光器巴条的最优封装条件,为以后的产业化提供了指导意义。     

多单管堆叠半导体激光器热分析及光纤耦合模拟仿真设计

多单管合束技术是获得高输出功率密度半导体激光器的重要方法,但其存在封装方式单一、体积大等问题,难以满足更高功率密度和较好光束质量的需求。本文设计了一种多单管半导体激光器堆叠排布的封装结构,通过将多个单管半导体激光器垂直封装在辅助热沉之间,使得器件更加小型化,在充分利用单管半导体激光器优势的同时,既增加了单管半导体激光器的散热通道,又实现了在体积不增加的基础上提高输出功率。通过ZEMAX软件对3个单管进行了空间合束模拟,将光束耦合进芯径200μm、数值孔径0.22的光纤中,可以达到28.6 W的激光输出,耦合效率为95%。     

V形槽硅微通道冷却器的研制

高平均功率的二极管泵浦固体激光器（DPL）要求用于泵浦的二极管阵列功率密度达到1kW／cm^2，由于二极管运行的电光效率只有40％50％，需要高强度的冷却器来对面阵进行冷却。V型槽硅微通道冷却器。结构紧凑，具有较高的冷却能力，可在其V形槽上同时焊接多条bar而形成面阵。从而能大幅提高封装工艺的集成度，降低封装成本，使大规模地封装高功率激光二极管阵列成为可能。     

Structural,optical, and nonlinear optical properties of indium nanoparticles prepared by laser ablation

A study of indium nanoparticles prepared by two laser ablation techniques is reported. The suspensions of indium nanoparticles were prepared using the laser ablation of bulk indium in liquids. The prepared suspensions of indium nanoparticles were analyzed by the X-ray fluorescence spectroscopy and absorption spectroscopy. The position of the surface plasmon resonance of In-containing suspensions (350 nm) was consistent with the estimations taking into account the average size of In nanoparticles (43 nm) measured using the X-ray fluorescence spectroscopy. The nonlinear optical parameters of indium nanoparticles-containing liquids were studied by the z-scan technique using a picosecond Nd:YAG laser. We compare the laser ablation in liquids with the laser ablation of indium in vacuum at the tight and weak focusing conditions of a Ti:sapphire laser and analyze the 60 nm indium nanoparticles synthesized in the latter case. PACS 42.65.An; 42.65.Hw; 42.65.Jx; 61.46.Df; 78.67.Bf     

热键合技术及其在激光方面的应用

由于热键合技术具有适用范围广、对材料物化性能基本无影响等优点 ,所以它在激光方面有着越来越广泛的应用 ,尤其是在高功率激光和小型激光系统中的应用更为广泛。简单介绍了热键合技术的发展现状 ,并对其基本原理进行了详细的阐述。重点介绍了该技术在激光方面的用途和前景。由于热键合技术对工艺水平的要求较高 ,研究难度较大 ,探索性较强 ,所以加快它的研究和发展 ,对我国激光事业的发展有着十分重要的作用     

Electric feed-through for vacuum package using double-side anodic bonding of silicon-on-insulator wafer

It is not easy to hermetically seal using anodic bonding on both sides of silicon-on-insulator (SOI) wafer. Taking this into consideration, we suggest an electrical feed-through method for anodic bonding on the both sides of SOI wafer. The suggested method is illustrated on the basis of vacuum package of a conventional two-dimensional (2-D) micro-scanner. Electric feed-through for anodic bonding and electrical interconnection through the glass/silicon interface to the 2-D micro-scanner in the package are presented. The proposed electrical feed-through method is investigated by characterizing bonding current. The bonding current characteristics show that the electric feed-through has formed electric field distribution required for double-side anodic bonding. The operation characteristics of packaged 2-D micro-scanner are also investigated, which show successfully performed electric interconnection between inside and outside of the package. The proposed method is an effective technique for double-side anodic bonding based package not only for micro-scanner but also for different mechanical oscillators such as accelerometer, gyroscope and etc.     

高占空比、高功率线阵二极管激光器封装技术

 对高占空比、高功率线阵二极管激光器的封装技术进行了研究,给出了封装器件性能测试结果：在占空比20%（200μs,1000Hz）时获得峰值功率大于40 W的激光输出,100～1000Hz 重复频率下,输出激光中心波长为 805～808 nm, 谱线宽度3.2～4.2 nm,激光起伏小于 1%。     

Simple signal path technique for matching circuit in packaged semiconductor diode laser

Improvement in frequency bandwidth of a packaged diode laser is investigated by the circuit impedance matching. To overcome the structural limitation of the electronic package for high frequencies, employing conventional lumped element impedance matching technique in conjunction with the manipulation of signal path of the package connections showed significant enhancement for 3-dB bandwidth to more than 6 GHz.     

Deposition of ITO Nanopowder Layers on Flexible Substrate by Spin Coating Using Pulsed Nd-YAG Laser for Crystallization and Bonding

A transparent thin layer of indium–tin oxide (ITO) is coated on polyethylene terephthalate (PET) by a spin coating process. The surface is treated by a pulsed Nd-YAG laser. We investigate the effect of laser treatment on crystallization and bonding processes of the thin layer using atomic force microscope (AFM) and scanning electron microscope (SEM). The best results are obtained when the pulse frequency, duration, and energy were 1000 Hz, 0.2 to 20 ms, and 25 to 40 J, respectively. The results show that the ITO layer coated on a flexible PET substrate is conductive and transparent. The sheet resistance obtained is 0.6 kΩ, and the transparency of a 350-nm layer in the visible range is more than 83.6%. Using the Nd-YAG laser treatment, we increase the conductivity by a factor of 100 times, and higher bonding performances are achieved.     

Effects of an intense, high-frequency laser field on the binding energy of excitons confined in a GaInNAs/GaAs quantum well

The effects of an intense, high-frequency laser field linearly polarized along the growth direction on the binding energy of excitons confined in a GaInNAs/GaAs quantum well is computed for different nitrogen and indium mole fractions by means of a variational technique within the effective-mass approximation. Our results show that such laser field creates an additional geometric confinement on the electronic and exciton states in the quantum well and the exciton binding energy depends on both the nitrogen and indium concentrations.     

太赫兹波段金属线栅的紫外光控特性研究

基于氧化铟纳米薄膜及金属线栅的特性,利用紫外激光诱导以金属线栅为衬底的氧化铟纳米结构,研究其对于太赫兹偏振透射的调制特性。实验中在金属线栅上滴入溶于乙醇的氧化铟溶液,并使溶液恰好浸润在金属线栅缝隙中,同时将加热台的温度调至340 ℃,对金属线栅中的氧化铟进行热退火。结果表明,氧化铟-金属线栅线长方向与太赫兹电场偏振方向垂直时,在低强度紫外光的照射下,该样品对太赫兹的透射强度有较为明显的衰减,当紫外光功率密度为7 mW·cm-2时,样品对太赫兹的调制深度可达71%;当氧化铟-金属线栅线长方向与太赫兹电场偏振方向平行时,紫外光激发下的样品对太赫兹的调制效果明显减弱,当紫外光功率密度为7 mW·cm-2时,调制深度约为20%。氧化铟纳米薄膜中存在的氧空位,使该材料对紫外光具有特殊响应。在无紫外光照射下,样品环境中的氧气分子被吸附到氧化铟表面,由于化学反应生成O2-离子态。当用光子能量大于氧化铟禁带宽度的紫外光激发样品时,在氧化铟表面激发出电子空穴对,空穴会被氧化铟表面的O2-离子态和缺陷态束缚,从而释放电子到导带,增强了样品的电导率。在太赫兹波频段内,透过氧化铟样品的太赫兹强度与氧化铟电导率有很好的相关性。金属线栅利用金属表面可存在的自由电子的振荡, 使电场方向与线栅方向平行的太赫兹偏振光激发电子沿线栅方向振荡,当电子与金属晶格中的原子碰撞时,此偏振光发生衰减并伴随辐射;而电场方向与线栅方向垂直的太赫兹偏振光,由于周期性结构的限制,无法激发自由电子振荡, 主要表现出透射特性。结合氧化铟的表面缺陷特性,紫外光可实现作为氧化铟-金属线栅结构的光控偏振开关作用,氧化铟-金属线栅结构偏振器能很好地应用于太赫兹波频段的光控偏振调制。     

真空铟焊的负电子亲和势砷化镓光阴极实验研究

大功率激光加载会使负电子亲和势(NEA)砷化镓(GaAs)光阴极的温度迅速升高,较高的温度对NEA GaAs光阴极的激活层造成了破坏,从而使其量子效率迅速下降。探索了基于FEL-THz装置的NEA GaAs光阴极的真空铟焊工艺,搭建了GaAs真空铟焊平台,并进行了真空铟焊后的GaAs光阴极激光与束流加载实验。研究表明,真空铟焊使GaAs与金属阴极托之间形成了紧密连接,增强了阴极与阴极托之间的热传导,减缓了阴极的温升速率,并在数瓦平均功率激光加载时将注入器中NEA GaAs光阴极的工作寿命提高了一个量级以上。