半导体黄光发光二极管新材料新器件新设备

在可见光范围内,半导体发光二极管(LED)发展很不平衡,黄光LED光效(光功率效率)长期远低于其他颜色光效.本文基于GaN/Si体系,从材料生长、芯片制造、器件物理和专用装备等方面进行了系统研究,解决了外延膜龟裂、位错过多、量子阱应力过大、InGaN黄光阱材料相分离、空穴浓度不足、阱材料生长温度过低、衬底吸光、电极挡光等问题,率先实现了高光效黄光LED关键性突破.所研制的黄光LED器件,在20 A/cm~2驱动下波长565 nm黄光LED光效达26.7%,对应164 lm/W;在1 A/cm~2驱动下波长577 nm黄光LED光效达42.8%,对应248 lm/W.基于高光效黄光LED,开发了无荧光粉、多基色LED照明新光源,实现了纯LED照明光源在路灯、氛围灯等方面应用.     

低温生长GaAs在Nd∶YVO4激光器中调Q特性的研究

采用一种新型的被动调Q饱和吸收体,低温生长GaAs薄膜，实现了半导体抽运Nd∶YVO4激光器的调Q运转.研究了激光器的调Q特性,调Q抽运阈值为2W.在抽运功率9.2 W时，获得的最短脉冲半峰全宽为15 ns，最大单脉冲能量为4.84 μJ，最高峰值功率为330 W，最大平均输出功率为1.16 W；脉冲重复频率在220 kHz到360 kHz之间.     

双层荧光粉涂覆对COB封装LED出光的影响

为了提高LED出光量，基于传统的荧光粉涂覆设计了一种双层荧光粉涂覆结构。通过对上下涂覆层浓度及上层涂覆量的研究，探究双层涂覆结构对COB封装LED出光的影响。结果表明在通电电流为440 mA时，可在实验中实现15 W的COB封装结构的白光LED:涂覆单一黄色荧光粉，上下层胶粉比为14.2～28且上层涂覆体积为下层的0.8倍时，COB封装LED的光通量为2 179 lm，光效可达145.3 lm/W，显指为63，出光量最大提升为7.82%；荧光粉调整为黄绿粉和红粉的配合使用后，最终实现色温、光效及显指分别为4 854 K、129.7 lm/W和81.2。因此，双层荧光粉涂覆结构可以提高COB封装LED的光学性能，对实际生产有一定的应用价值。     

808 nm高占空比大功率半导体激光器阵列

 采用渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构,通过降低非辐射复合、有源层载流子泄露、散射和吸收损耗来提高出射效率和降低激光阈值电流,从而提高半导体激光器阵列的输出功率;同时使P面具有更高的粒子掺杂数密度,优化N面合金条件,降低半导体激光器的串联电阻,降低焦耳热,提高了半导体激光器阵列的转换效率。利用金属有机化学气相淀积技术生长GaInAsP/InGaP/AlGaAs渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构激光器材料,利用该材料制成半导体激光线阵列在20%高占空比的输入电流下,半导体激光器的输出峰值功率达到189.64 W(180 A),斜率效率为1.1 W/A,中心波长为805.0 nm,阈值电流为7.6 A,电光转换效率最高可达55.4%;在1%占空比的输入电流下,阵列的输出峰值功率可达324.9 W(300 A),斜率效率为1.11 W/A,阈值电流为7.8 A,电光转化效率最高达55.6%,中心波长为804.5 nm。     

基于RGBW四色LED的混光研究

根据RGBW四色混光方程组,结合脉冲宽度调制法的特点推导出占空比与色品坐标的函数关系。借助Matlab软件对混合光的光效和一般显色指数进行多元约束条件下寻优,并通过实验验证。结果表明:RGBW光源模块可实现2703 K~7692 K色温范围的白光,优化目标为显色性能最佳时,混合光的一般显色指数高达95,在光效最大的优化目标下,混合光可以实现108 lm/W的高光效。为了使光源模块同时具有优良的光效和显色性能,提出对光效和一般显色指数同时进行寻优。模拟实验表明:适当降低光效可以显著提高显色性能;降低显色性能同样可以改善光效。通过平衡光效和显色性能,可以实现一般显色指数大于90且适用于多数场所的高光效白光。     

基于光束填充的多单管半导体激光器光纤耦合

为了进一步提高多单管半导体激光器的输出功率，通过对常见的阶梯型多单管半导体阵列进行分析，提出在光斑尺寸较小的慢轴方向对光束进行填充，在同样的耦合条件下，使更多的激光能量耦合进光纤中，实现更高功率的输出。文中使用光参数积作为评价光束质量的指标，论证了慢轴光束填充的可行性，利用ZEMAX仿真软件对8路常见阶梯型多单管半导体阵列和12路填充阵列进行对比仿真，在不影响耦合效率的前提下，实现了将12路波长为860 nm、输出功率3 W的单管半导体激光器耦合进芯径105 μm、数值孔径0.22的光纤中，光纤输出功率为33.4 W，光纤耦合效率为92.78%。仿真结果表明，对慢轴方向进行光束填充可以在一定程度上提高多单管半导体激光的功率输出。     

基于SESAM的3μm波段被动调Q光纤激光器

基于半导体可饱和吸收镜,实现了3μm波段被动调Q光纤激光器平均功率瓦级输出。激光器最大平均功率为1.0 W,对应的最大脉冲能量及最大峰值功率分别为6.9μJ和21.7 W。激光器斜效率为17.8%,最高重复频率为146.3kHz,最小脉宽为315.0ns。     

低温生长GaAs在Nd∶YVO_4激光器中调Q特性的研究

采用一种新型的被动调Q饱和吸收体,低温生长GaAs薄膜,实现了半导体抽运Nd∶YVO4激光器的调Q运转.研究了激光器的调Q特性,调Q抽运阈值为2W.在抽运功率9.2W时,获得的最短脉冲半峰全宽为15ns,最大单脉冲能量为4.84μJ,最高峰值功率为330W,最大平均输出功率为1.16W;脉冲重复频率在220kHz到360kHz之间.     

基于SESAM的3μm波段被动调Q光纤激光器北大核心CSCD

基于半导体可饱和吸收镜,实现了3μm波段被动调Q光纤激光器平均功率瓦级输出。激光器最大平均功率为1.0 W,对应的最大脉冲能量及最大峰值功率分别为6.9μJ和21.7 W。激光器斜效率为17.8%,最高重复频率为146.3kHz,最小脉宽为315.0ns。     

白炽灯灯丝的正常发光温度、长度及直径的估算

文章通过焦耳定律和能量守恒定律求出白炽灯钨丝长度与直径的完整的表达式,其中已考虑了钨丝的电阻率及钨丝表面的热辐射发射率随温度的变化,以及螺旋钨丝热辐射时的相互遮挡和灯泡内的气体向外界热传导的因素。指出钨丝的长度与直径是由灯泡的功率、电压、灯丝的发光温度、灯丝的结构和灯泡的充气类型等共同决定的,并非任意设置。利用求得的表达式结合灯泡光效的表达式分别求出在JJG 247—2008规定的基本光效下常见的40W、60W、100W普通充氮泡和充氩泡单螺旋灯丝的正常发光温度T、长度l和直径d。利用一种实践经验公式求出同样功率下实用充氩泡灯丝的T、l、d和灯泡光效η_l。对这3种灯泡的结果进行对比与分析,指出理论公式及其计算结果的准确性,指出理论公式的其他应用价值,同时纠正了两种错误的认识。文章可为相关内容的教学提供一些参考。     

GaN基高压直流发光二极管制备及其性能分析

GaN基高压直流发光二极管工艺制备, 采用蓝宝石图形衬底(PSS) 外延片制备正梯形芯粒结构的GaN基高压直流LED.相对其他结构器件, 该结构器件发光效率最高, 封装白光后, 在色温4500 K, 驱动电流20 mA时, 光效116.06 lm/W, 对应电压50 V. 测试其I-V曲线表明, 开启电压为36 V, 对应驱动电流为1.5 mA; 在电流15 mA至50 mA时, 光功率随驱动电流增加近似于线性增加, 在此区域光效随电流增加而降低的幅度比较缓慢, 表明GaN基高压直流LED适宜于采用大电流密度驱动, 而不会出现驱动电流密度增加导致量子效率明显下降(efficiency droop), 为从芯片层面研究解决量子效率下降难题提供了一种新思路.     

用表面态型半导体可饱和吸收镜实现Yb∶YAG激光器被动调Q锁模

制作了一种新型的半导体可饱和吸收镜——表面态型半导体可饱和吸收镜. 用表面态型半导体可饱和吸收镜作为被动锁模吸收体实现了半导体端面泵浦Yb∶YAG激光器被动调Q锁模. 在泵浦功率仅有1.4 W的情况下，获得了调Q锁模脉冲序列，锁模平均输出功率1 mW，锁模脉冲重复频率200 MHz     

基于多芯片封装的半导体激光器热特性

设计了一种由12只单条形芯片分为2组以从高到低阶梯排列的百瓦级半导体激光器结构。针对其在稳态工作条件下的热特性利用ANSYS软件进行了模拟分析,通过改变Cu热沉的宽度、间距和高度差,得到了最高和最低Cu热沉封装的芯片有源区温度及两者温度差值的变化规律。最后设计了一种较为理想的百W级半导体激光器的散热结构。     

Coherent降低绿光泵浦激光器维护成本

Coherent（相干）公司发布了两款新的532 nm全固态泵浦激光器-Verdi-V8（8W）和Verdi-V10（10W）．通过提高原有Verdi系统的转换效率，这种半导体泵浦的激光器系统只需要一套（原来需要两套）Coherent公司的半导体模块泵浦就可以获得高达10W的输出功率，从而降低了用户的维护成本．另外，由于采用了更加轻便的电源和更加灵活的光纤连接，     

太赫兹自由电子激光的受激饱和实验

中国工程物理研究院基于半导体光阴极高压直流电子枪和超导直线加速器的高平均功率太赫兹自由电子激光达到了受激饱和,并实现了太赫兹光输出频率可调.在1.99,2.41和2.92 THz三个频率点上进行测试,测得太赫兹宏脉冲内平均功率大于10 W,最高达17.9 W.本文介绍了太赫兹自由电子激光装置的主要组成部分及受激饱和实验的结果.     

4.9 W掺Yb3+双包层光纤激光器及其输出特性研究

报道了输出波长为1110nm、最大输出功率4．9W、光束质量接近衍射极限的连续波掺Yb^3 双包层光纤激光器。实验采用矩形内包层的石英掺Yb^3 双包层光纤，抽运源为中心波长在910nm附近的半导体激光器，当抽运光功率为12W时，获得了4．9W的激光输出，斜率效率为43．6％。     

激光白光光源及其光学系统解析

为进一步推广激光白光光源在汽车大灯、投影、背光显示等领域的应用，对激光白光光源的合成方式进行了介绍，从泵浦源、光转换材料、光学系统3个方面详细解析了激光照明系统的关键组成要素。通过理论分析，计算出了激光照明系统中最高理论光光转换效率为498 lm/W。然而，受困于技术和工艺难题，目前激光照明系统的最终效率仅约为17%。随后，在对适用于高亮度激光照明系统的光转换材料进行总结后，创新性地利用一种棒形(长度> 10 mm)YAG陶瓷(Ce < 0.1 at%)来匹配高流明密度蓝光；并从光学设计的角度，提出一种光转换材料的“透镜型”结构来综合提升光效。最后，结合专利分布情况，对激光照明系统在激光显示、可见光通信等领域的前景与应用进行了展望。     

941nm2%占空比大功率半导体激光器线阵列

计算了半导体激光器的激射波长与量子阱宽度以及有源层中In组分的关系,确定了941nm波长的量子阱宽度和In组分.并利用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)技术生长了InGaAs/GaAs/AlGaAs分别限制应变单量子阱激光器材料.利用该材料制成半导体激光器线阵列的峰值波长为940.5 nm,光谱的FWHM为2.6 nm,在400 μs,50 Hz的输入电流下,输出峰值功率达到114.7 W(165 A),斜率效率高达0.81 W/A,阈值电流密度为103.7 A/cm2;串联电阻5 mΩ,最高转换效率可达36.9%.     

LD泵浦Nd∶LuVO4/Cr4+∶YAG被动调Q激光器

采用大功率半导体激光器端面泵浦Nd∶LuVO4晶体，利用Cr4+∶YAG晶体作为可饱和吸收元件，实现了1.06 μm激光的被动调Q运转.在泵浦功率为19.1 W时，获得最高平均输出功率为4.58 W，脉冲宽度为84 ns，单脉冲能量为36.6 μJ以及峰值功率为436.2 W的激光脉冲.     

GaAs基高功率半导体激光器单管耦合研究

设计了一种高亮度、高功率半导体激光器单管耦合输出模块, 采用波长为975nm的10W的GaAs基半导体激光器, 将半导体激光器输出光束耦合进数值孔径0.18、纤芯直径105μm的光纤中, 获得10A电流下的输出功率为9.37W, 耦合效率为94.3%, 亮度为1.64MW/(cm²·str)。