锥形半导体激光芯片的光刻工艺研究

针对锥形半导体激光器中的脊形波导区宽度较小的问题,对半导体激光芯片制造中的刻蚀标记及刻蚀方法进行了研究。提出对于锥形半导体刻蚀中的脊型区域和锥形区域,采用不同精度的双标记刻蚀方法,细化对脊形波导和锥形波导的刻蚀中的对准问题,并使光刻标在不同的光刻版上相错位排列,在相应光刻版中相互遮挡,反复刻蚀中保证相应的光刻标清晰、完整。刻蚀后的芯片在电流为7 A时获得了中心波长963nm、连续功率4.026 W、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的激光输出。     

基于横向热流抑制的半导体激光芯片封装实验研究

为降低半导体激光芯片的慢轴远场发散角,提高其慢轴方向的光束质量,设计了横向热流抑制的封装结构。利用热沉间的物理隔离,削弱了半导体激光芯片慢轴方向上的温度梯度,有效降低了半导体激光芯片慢轴方向的发散角。采用热分析模拟了不同封装结构下芯片发光区的温度分布,并对波长915 nm的窄条宽半导体激光芯片进行封装。实验结果表明,在工作电流15 A,封装在隔离槽长4 mm,脊宽120 μm刻槽热沉上的芯片,其慢轴远场发散角由12.25°降低至10.49°,相应的光参量积（BPP）由5.344 mm·mrad 降低至4.5763 mm·mrad,慢轴方向亮度提升了约5.5%。实验结果表明,横向热流抑制的封装结构可以有效地削弱半导体激光芯片慢轴方向上由热透镜效应引起的高阶模激射,从而降低其慢轴远场发散角。     

体布拉格光栅外腔半导体激光器的光栅旋转角度容差

采用步进电机控制光栅角度,对200 m和600 m圆柱透镜准直的体布拉格光栅（VBG）外腔单管C封装半导体激光器进行了系统研究。实验结果表明:激光二极管（LD）驱动电流越大,准直效果越好,VBG的角度调整容差越小;快轴方向的准直效果越好,慢轴方向的光栅调节角度容差越大;对于衍射效率28%、厚1.4 mm的光栅,LD快轴发散角为7.3 mrad时,快轴方向的角度容差不大于3.2 mrad,慢轴方向的角度容差较快轴大约一个数量级。     

异轴双半圆柱透镜准直半导体激光光束

运用光线追迹的方法,讨论了异轴双半圆柱透镜准直半导体激光光束的效率.数值模拟结果表明,异轴双半圆柱透镜可用于准直半导体激光光束,在最佳准直时,透镜材料的折射率允许高于2;当折射率在一定的范围内变化时,其准直效率随折射率的增大而提高.理论上可以将半导体激光器输出光束快轴方向的发散角压缩到0.1 mrad量级以下.     

闪耀光栅阵列用于半导体激光器列阵光束整形

介绍了半导体激光器列阵的光束整形理论,设计并制作了由两个闪耀光栅阵列构成的整形光学系统,理论计算表明该系统能将激光器快、慢轴方向的光参数积变为5.7 mm·mrad和8.9 mm·mrad.在整形实验中测得变换后快、慢轴方向的光参数积分别为12 mm·mrad和9.5 mm·mrad,经透镜聚焦后能够实现与芯径200 μm,数值孔径0.22的光纤耦合.     

基于Mini-bar叠阵的百瓦级光栅-外腔光谱合束半导体激光光源

半导体激光器光栅-外腔光谱合束是一种实现高亮度半导体激光(DL)输出的有效方法。本文采用mini-bar叠阵作为合束光源,有效减小了"smile"效应对合束效率的影响,匀化了合束后的快慢轴光束质量,便于进一步的光纤耦合输出。采用柱面镜作为外腔镜,有效抑制了合束中的互锁定现象,从而取代了传统的空间滤波,减小了系统规模。在工作电流为75A时得到了159W的高亮度DL输出,合束光谱宽度为11.97 nm,电光效率为47.35%。当工作电流为60A时,合束光的快慢轴光束质量分别为3.145 mm·mrad与3.554 mm·mrad。     

基于楔形整形镜对半导体激光的光纤耦合

在半导体激光器的光纤耦合系统中,bar条的各发光点指向偏差(偏向角)会恶化光束整形效果,显著降低光纤耦合效率。针对该现象提出利用引入修正角的楔形整形镜补偿发光点的指向偏差,改善激光束的指向性和光束整形效果。通过ZEMAX软件模拟与实验验证,在光纤耦合系统中使用引入修正角后的楔形整形镜片,其整形效果显著改善,测量的光束参数积(BPPs)在快轴和慢轴方向分别为7.25 mm·mrad和5.05 mm·mrad,聚焦光斑为148μm×135μm(包含90%能量)。该系统将单个bar条耦合进芯径200μm、数值孔径(NA)0.2的光纤中,在注入电流60 A时,获得稳定输出功率53 W,对应电-光转换效率为47%,光纤耦合效率为87%,相对于使用修正前的楔形整形镜片,光纤耦合效率提高了7%。     

类氖锗X射线激光光学特性研究

本工作测量了类氖锗3s-3p X射线激光的23.2nm和23.6nm两条强激光跃迁线水平方向和垂直方向的空间分布,当靶长20mm时,X射线激光水平方向束发散角约为12mrad,主束指向偏离线状等离子体轴线约8mrad;垂直方向束发散角约为22mrad,本工作还采用钼/硅多层膜平面反射镜,对X射线激光进行正反射,获得了X射线激光双程放大的光学特性。 关键词：     

大功率高光斑均匀性半导体激光复合光源

 为了获得具有更高输出功率和良好光斑分布均匀性的半导体激光光源,根据半导体激光优良的偏振特性,利用偏振分光棱镜将2束大功率激光束合成为一束更大功率的光束,通过一个发射系统投射。在光束合成前采用非球面光学系统对每个激光器慢轴方向的光束进行扩束,使其与快轴方向光束发散角基本一致。实验证明,此种半导体激光复合光源具有良好的光斑均匀性,其输出功率是2个半导体激光器输出功率之和,完全满足激光制导等军用系统对激光功率和光斑均匀性的要求。     

全固态激光中的光谱合成技术

对多种全固态激光中的光谱合成技术进行了探讨和研究，包括光纤激光、Yb:YAG板条激光和半导体激光。对于光纤激光，探讨了基于单个多层介质膜（MLD）光栅、一对MLD光栅、多个体布拉格光栅三种衍射光学元件的光谱合成技术中色散造成的光束质量退化问题，指出子束光谱线型的二阶矩全宽决定了光束质量的退化量，但所允许的光谱宽度又依赖于具体的技术选择途径。进而比较了三种光谱合成方案的优缺点。对于固体激光，实验演示了基于Yb:YAG晶体的板条激光实现光谱合成的原理可行性。通过设计一个基于MLD光栅的振荡器内的光谱合成装置，实现了7束子激光最高241 W的光谱合成输出，合成后光束质量β因子约4.1，表明大功率Yb:YAG板条激光具有通过光谱合束技术实现功率进一步提升的潜力。对于半导体激光，提出并设计了大模场外腔半导体激光+快轴光谱合成的技术。实验演示了9个1 mm宽LD芯片沿快轴方向的光谱合成，用β因子评价合成后的光束质量，在慢轴方向β≈6.3，在快轴方向β≈1.6，表明快轴光谱合成造成的光束质量退化是完全可控的。     

低阈值单横模852nm半导体激光器

基于波导理论、等效折射率方法,设计并制备了非对称波导隔离双沟结构脊型边发射激光器,最终获得了低闽值单基侧模852 nm激光器.详细研究了不同脊型台深宽比参数设计对激光器侧向模式特性的影响规律,实现了腔面未镀膜情况下脊型波导边发射激光器的单基侧模稳定输出,同时激射波长可以精确调谐到852 nm;工作电流达到150 mA,工作温度30℃;斜率效率最高可达0.89 nW/mA,光谱半宽小于1 nm.研究结果为进一步实现超窄线宽激光器提供了参考和借鉴,并且为实现激光器稳定输出提供了实验基础.     

大功率1060nm双沟脊波导分布反馈激光器

研制了双沟型脊波导结构的1 060 nm分布反馈激光器.和普通脊波导激光器相比,该器件能提高在连续条件下的侧模稳定性.单模最大输出功率达到300 mW边模抑制比大于45 dB.采用该激光器进行泵浦周期性极化铌酸锂晶体倍频实验,得到的绿光功率为3 mW,该方案将成为低成本绿光光源实现方案.     

准相位匹配扇形光栅铌酸锂光波导倍频绿光输出

采用外加电场极化方式对具有扇形光栅的 0 .5mm厚Z切铌酸锂晶体进行极化反转 ,制成了退火质子交换光波导。极化反转周期为 5 .8μm～ 6 .2 μm ,采用Nd∶YAG激光器输出的 1.0 6 4 μm连续激光为基频光波 ,实现了0 .5 32 μm倍频绿光输出 ,相互作用长度为 4mm ,耦入波导的基频光波功率为 10mW ,获得了 2 0 μW的绿色倍频光输出 ,归一化转换效率为 12 5 % (W·cm2 )。     

利用51微米激光器测量中红外光波导损耗(英文)

一种新型的采用AlGaAs材料设计制成的光波导显示了其在中红外激光器方面的应用。波导部分包含在两个GaAs的包层之间,两个包层的掺杂材料限制光场在波导中传播并且降低损耗。三个不同长度的波导经过切入式测量得到它们的内部传播损耗为1 5dB/cm和耦合损耗为9dB。所采用的中红外激光器的波长是5 1μm,输出功率在45毫瓦以上。从光波导输出的光功率只有几个毫瓦。     

Novel waveguide design for high brightness optoelectronic applications

We describe a novel compound ridge waveguide in which the highest order propagating mode is guided in the low index region of the structure and exhibits a narrow single lobe. For a prototype AlGaAs/GaAs was waveguide designed for operation at = 980 nm we show that due to the narrow lobed emission this mode produces significant improvements in source brightness and hence fibre coupling efficiency. In the case of a 61 m aperture laser diode operating in this mode 20% coupling efficiency is predicted between a structure and standard single mode fibre designed for = 980 nm operation.     

647W灯泵浦大功率连续Nd:YAG激光器

 报道了一台灯泵浦大功率连续Nd:YAG激光器。对影响大功率固体激光器模块输出功率和光束质量的主要因素进行了理论分析，并提出提高激光器效率的措施：对聚光腔的形状、结构和材料以及冷却方式，泵浦灯的参数和材料，激光晶体的参数和镀膜进行优化设计，采用径向固定的谐振腔镜。该灯泵浦YAG晶体棒总体电光转换效率为4%，光束质量为22mm·mrad，输出功率647W。     

超宽带聚合物调制器的优化设计

设计了一种以聚合物作为材料的低损耗、宽带宽的Mach—Zehnder光波导调制器。分析了调制器的脊波导的模式特性,设计了脊波导的结构,并使用BPM软件模拟了脊形波导的光场分布;通过对光场分布的分析,优化了脊形波导的宽度Wg,脊高6,芯层高度H。同时对聚合物调制器的电极进行了优化,包括电极宽度W和电极间距D,使得调制器有较小的导体损耗以及较好的阻抗匹配。并结合了脊波导的结构参数和电极的优化参数,给出了优化结果,它能够使微波的有效折射率与光波的有效折射率达到匹配,从而使带宽达到177GHz,导体损耗为0．2569dB／cm·GHz1／2。     

Optical properties of He+-implanted and diamond blade-diced terbium gallium garnet crystal planar and ridge waveguides

Terbium gallium garnet (Tb₃Ga₅O₁₂, TGG) crystal can be used to fabricate various magneto-optical devices due to its optimal Faraday effect. In this work, 400-keV He⁺ ions with a fluence of 6.0×10¹⁶ ions/cm² are irradiated into the TGG crystal for the planar waveguide formation. The precise diamond blade dicing with a rotation speed of 2×10⁴ rpm and a cutting velocity of 0.1 mm/s is performed on the He⁺-implanted TGG planar waveguide for the ridge structure. The dark-mode spectrum of the He⁺-implanted TGG planar waveguide is measured by the prism-coupling method, thereby obtaining the relationship between the reflected light intensity and the effective refractive index. The refractive index profile of the planar waveguide is reconstructed by the reflectivity calculation method. The near-field light intensity distribution of the planar waveguide and the ridge waveguide are recorded by the end-face coupling method. The He⁺-implanted and diamond blade-diced TGG crystal planar and ridge waveguides are promising candidates for integrated magneto-optical devices.