915 nm宽条形半导体激光器输出特性

为了研究温升对915 nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性的影响,搭建了基于半导体制冷片(TEC)的双向温控平台对其进行了测试。首先,改变激光器的外表面温度,测量其在不同注入电流时的光功率和波长,并利用CCD相机测量其慢轴发散角。然后,利用计算机仿真软件对激光器的工作状态进行稳态模拟,从而获得了其对应的热分布情况,通过将模拟得到的数据与实验测量的结果进行比较,获得了两者趋于一致的结论:当热功率从2.1 W升高至20.0 W时,慢轴发散角从2.6°增大至5.0°,同时波长发生红移,热透镜焦距减小;激光器波长随温度变化关系的系数约为0.4 nm/℃,器件热阻为1.5 K/W。因此,为了同时获得高的输出功率和稳定的输出波长,有必要将激光器外表面温度精确控制在某一数值,否则波长将会发生漂移;此外,在设计制作高功率半导体激光器时,通过适当增加条宽并采用散热良好的封装结构,可以减小对慢轴发散角的影响。     

970 nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器

宽条形半导体激光器广泛应用于激光泵浦、激光加工等领域。针对宽条型半导体激光器输出光谱宽、调谐范围小的问题,采用衍射效率分别为28%和55%的反射式衍射光栅作为反馈元件构建了宽条形970 nm波长光栅外腔半导体激光器。研究了Littrow结构激光器参数对其性能（调谐范围、功率、阈值电流、线宽）的影响。实验结果表明,通过结构优化可得到窄线宽可调谐激光输出,适当地提高温度和使用较高衍射效率的光栅可增加激光器调谐范围,并且较高衍射效率的光栅可降低激光器的阈值电流。基于S偏振入射方式的光栅外腔激光器最大可实现27.87 nm的波长调谐范围,光谱线宽压窄至0.2 nm,输出功率可达1.11 W。     

氮掺杂HTi2NbO7纳米片的制备及其可见光催化性能

首先,采用高温固相法制备层状前驱体CsTi_2NbO_7,再通过与硝酸进行质子交换形成层状HTi_2NbO_7;其次,在四丁基氢氧化铵(TBAOH)中剥离层状HTi_2NbO_7以获得HTi_2NbO_7纳米片;然后与尿素混合并高温焙烧;最后成功地得到了氮掺杂的HTi_2NbO_7纳米片光催化剂。使用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)以及N_2吸附-脱附测试等方式对所制备样品的晶体结构、形貌、比表面积、孔分布和光吸收能力等进行详细的表征。研究表明,氮掺杂后减小了HTi_2NbO_7的禁带宽度,从而使光响应范围扩展到可见光区域;掺杂的氮原子主要位于Ti_2NbO_7-薄片的间隙位置,并与氢离子化学键合;与N掺杂的层状HTi_2NbO_7相比,N掺杂的HTi_2NbO_7纳米片具有更大的比表面积和更丰富的介孔结构,这是由于钛铌酸纳米片相对松散且不规则的排列。因此,在降解罗丹明B(RhB)溶液时,N掺杂的HTi_2NbO_7纳米片比N掺杂的层状HTi_2NbO_7具有更加优异的可见光催化活性。     

用于空间激光通信的InGaAsP 激光二极管辐射损伤研究(英文)

对1:55 μm波长DFB 结构的InGaAsP 多量子阱激光二极管开展电子和60Co- 射线辐照试验。试验结果表明,激光二极管的斜度效率主要受带电粒子沉积的电离总剂量影响,而阈值电流和光功率主要受位移损伤剂量的影响。利用位移损伤剂量方法评价激光二极管的辐射损伤特征,并且预测其在空间辐射环境中的光功率衰退情况。模拟计算结果表明,MEO轨道辐射环境对激光二极管光功率辐射损伤远大于GEO轨道的影响,这主要是由于MEO轨道辐射环境的高能电子通量密度远大于GEO轨道的通量密度。The 1.55 μm InGaAsP multi-quantum-well laser diodes with distributed feedback structures were irradiated by electrons and 60Co- rays. The experimental results show the slope efficiency of laser diode is mostly affected by the total ionizing dose produced by charging particles, and the threshold current and the optical power mainly by displacement damage dose. The displacement damage dose methodology was employed to evaluate radiation damage of the laser diodes, and to predict the power degradations of these diodes in space. The calculated results indicate that the optical powers of the diodes will have more serious degradation for medium Earth orbit than for geosynchronous Earth orbit,due to higher fluence density of high energy electrons in GEO orbits.     

裂纹问题的一致性高阶无网格法

一致性高阶无网格法能高效精确地求解连续体问题,尤其是能得到高精度的应力场。本文将该方法拓展到应力解析精度至关重要的裂纹问题（即非连续体问题）的数值分析。采用背景积分网格描述裂纹几何,基于无需增加节点额外自由度的虚拟节点法描述裂纹处位移场的间断,提出了虚拟节点的引入算法和断裂单元的数值积分方法。为进一步模拟裂纹扩展,采用相互作用积分方法计算应力强度因子,裂纹的扩展方向由最大周向应力准则确定。数值结果表明,本文发展方法能够精确地通过间断分片试验;相较于标准的高阶无网格法和低阶一致性无网格法,本文的一致性高阶无网格法显著改善了应力强度因子的计算精度,能够准确预测裂纹扩展路径。     

烧结空洞对半导体激光器热分布的影响

在半导体激光器芯片与热沉的焊接过程中不可避免地会在焊料层产生一些空洞,而空洞会在铟的电迁移以及电热迁移作用下慢慢变大,使芯片局部温度迅速上升,进而影响半导体激光器的性能。针对10 W的808 nm单管焊装半导体激光器建立三维有限元模型,分别模拟计算了空洞面积、空洞厚度和空洞位置与结温的关系。芯片出光面边缘的有源区区域形成的空洞对芯片的结温影响更为显著,最后得到空洞面积与器件结温的关系,并表明对空洞率控制的重要性。     

高亮度大功率半导体激光器光纤耦合模块

应用ZEMAX软件设计出高亮度大功率光纤耦合模块。采用16支输出功率12 W的单偏振态单边发射半导体激光器,耦合进芯径100 μm、数值孔径0.22的光纤中。模块输出功率达到189.4 W,耦合效率达到98.6%,亮度达到94.66 MW/cm²-str。通过SolidWorks软件优化得到新热沉结构,应用ANSYS软件进行热分析,结果表明新热沉结构最高温度为42.4℃,相比优化前温度降低1℃以上,得到良好散热结构模型。     

自适应一致性高阶无单元伽辽金法

近来提出的一致性高阶无单元伽辽金法通过导数修正技术大幅度减少了所需积分点数目,并能够精确地通过线性和二次分片试验,显著改善标准无单元伽辽金法的计算效率、精度和收敛性.本文在此基础之上,充分利用无单元法易于在局部区域添加节点的优势,发展了一致性高阶无单元伽辽金法的h型自适应分析方法.根据应变能密度梯度该方法自适应地确定需节点加密的区域,基于背景积分网格的局部多层细化要求生成新的计算节点,同时考虑了节点分布由密到疏渐进过渡的情形.采用相邻两次计算的应变能的相对误差作为自适应过程的停止准则,将所发展自适应无网格法应用于由几何外形、边界外载和体力等因素造成的应力集中问题的计算分析.数值结果表明,所发展方法能够自适应地对高应力梯度区域进行节点加密,自动给出合理的计算节点分布.与已有的标准无网格法的自适应分析相比,所发展方法在计算效率、精度和应力场光滑性等方面均展现出显著优势.与采用节点均匀分布的一致性高阶无单元伽辽金法相比,它大幅度地减少了计算节点数目,有效提高了一致性高阶无单元伽辽金法在分析应力集中等存在局部高梯度问题时的计算效率和求解精度.     

基于腔面非注入区的半导体激光器的热特性分析

利用Ansys有限元分析软件模拟了宽条形激光器腔面在不同生热率条件下对有源区温度的影响,并对带有腔面非注入区的激光器结构进行了热分析,比较了不同长度的非注入区结构的器件的温度特性。腔面的温升对器件可靠性影响极大,计算结果表明随着非注入区宽度的增加,芯片前腔面有源区的温度明显降低。结果为采用非注入区结构提高COD阈值功率提供了设计参考。