大功率780 nm单管连续输出16 W和巴条连续输出180 W半导体激光器

设计并制备了780 nm大功率半导体激光器的单管和巴条。采用金属有机化学气相沉积技术制备的外延结构,分别使用GaAsP和GaInP作为量子阱和波导层,限制层是具有高带隙的AlGaInP材料。量子阱与波导层带隙0.15 eV,波导层与限制层带隙0.28 eV,抑制了载流子泄露。1.55μm厚非对称大光学腔波导结构抑制快轴高阶模,同时缓解腔面损伤问题。为进一步提高腔面损伤阈值,利用超高真空解理和钝化技术,在腔面上沉积了非晶ZnSe钝化层。条宽150μm、腔长4 mm的单管器件,在电流为15 A时,输出连续功率16.3 W未出现COD现象,斜率效率达到1.27 W/A,电光转换效率为58%,慢轴发散角9.9°,光谱半高宽为1.81 nm。填充因子为40%的厘米巴条,在192 A下实现连续输出功率180 W,电光转换效率为50.7%,光谱宽度仅为2.2 nm。     

795 nm大功率外腔半导体激光器的研究

采用超极化惰性气体的磁共振成像技术可大大提高肺部影像成像质量，其中自旋交换光泵作为超极化惰性气体的关键，通常是对碱金属铷进行泵浦，为获得较好的泵浦效率，要求泵浦源具有窄光谱宽度和高功率的特点。针对这一需求，提出以体布拉格光栅（VBG）作为外腔反馈元件的795 nm窄谱宽外腔半导体激光器设计，并对VBG的外腔锁模稳定性进行了分析讨论，最终实现了功率为6.36 W，谱宽低至0.036 nm的795.245 nm单管外腔激光输出，为实现大功率的单管外腔半导体激光器奠定基础。     

用于铷蒸气激光泵浦的窄线宽阵列半导体激光器

在激光二极管LD泵浦铷蒸气激光器中,窄线宽半导体激光是实现铷蒸气激光高效率输出的关键技术之一。基于体布拉格光栅（VBG）外腔技术,实现了40 W功率0.14 nm线宽的780 nm激光输出。采用半导体制冷片（TEC）控制VBG温度,使得该激光器空气中波长可从779.35 nm调谐至780.10 nm,可用于铷蒸气激光的高效泵浦。     

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.     

光谱稳定的低功耗980nm单模泵浦源半导体激光器

由于在很多特殊应用领域要求980 nm泵浦源半导体激光器具有光谱稳定、低功耗等,本文通过对980nm单模半导体激光器的腔长、腔面反射率及光纤光栅反射率等优化设计,研制出低阈值、高功率980 nm光纤光栅外腔波长稳定半导体激光器。该低功耗、波长稳定的单模半导体激光器,在100 m A工作电流下尾纤输出功率达到51 m W,3 d B带宽为0.16 nm,边模抑制比大于40 d B,器件在250 m A工作电流下,尾纤输出功率达到120 m W。     

980nm半导体激光器腔面膜钝化新技术

研究了不同腔面钝化方法对980 nm渐变折射率波导结构InGaAs/AlGaAs半导体激光器输出激光功率的影响.将980 nm半导体激光器管芯前后腔面不蒸镀钝化膜与蒸镀Si钝化膜和蒸镀ZnSe钝化膜的方法进行了对比.结果表明,蒸镀ZnSe钝化膜比蒸镀Si钝化膜的半导体激光器输出光功率提高了11％,比不蒸镀钝化膜的半导体...     

基于AlN膜钝化层VCSEL激光器热特性的研究

 用ANSYS有限元热分析软件模拟了基于AlN膜钝化层和SiO2膜钝化层的高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)器件内部的热场分布和热矢量分布。经模拟得到基于AlN膜钝化层的VCSEL热阻为3.123℃/W,而基于SiO2膜钝化层的VCSEL的热阻为4.377℃/W。经实验测得基于AlN膜钝化层的VCSEL热阻为3.54℃/W,而基于SiO2膜钝化层的VCSEL的热阻为4.75℃/W,模拟结果与实验结果吻合较好。     

基于小角度V形腔光谱合束的半导体激光器和频

通过小角度V形腔外腔光谱合束将两个808 nm半导体激光器合束,提高半导体激光器的输出功率及光束质量。两个合束单元分别工作在795.8 nm和800.5 nm,将所获光束通过非线性光学方法进行频率转换。外腔光谱合束实现输出功率为6.5 W快慢轴光束质量M²=2.2×18.5的光束输出,所获光束慢轴M²因子相较于自由运转单管激光器提高了30%,外腔光谱合束效率为83%。基于所获光源,实现了半导体激光器小角度V形腔外腔光谱合束和频,获得输出功率为18.3 mW波长为401.0 nm的蓝光输出,和频效率为0.28%。     

基于AlN膜结构VCSEL热特性的研究(英文)

本文用ANSYS有限元热分析软件模拟了基于AlN膜钝化层和Si O2膜钝化层的高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)器件内部的热场分布和热矢量分布.目的是证明Al N膜钝化层要比SiO2膜钝化层有具更好的特性,使器件能更稳定的工作,提高器件的特性,经模拟得到基于Al N膜钝化层的VCSEL热阻为3.12℃/W,而基于SiO2膜钝化层的VCSEL的热阻为4.77℃/W.经实验测得基于Al N膜钝化层的VCSEL热阻为3.59℃/W而基于SiO2膜钝化层的VCSEL的热阻为4.82℃/W,模拟结果和实验结果吻合较好.说明AlN膜钝化层要比SiO2膜钝化层具有更好的热特性.     

808nm大孔径垂直腔面发射激光器研究

垂直腔面发射激光器(VCSEL)中的载流子聚集效应使注入到有源区的工作电流只是通过边缘环形区域很窄的通道,激光功率密度分布不均匀;尤其当器件尺寸较大时,激射光斑呈现环状,环中间光强很弱.这是研制电抽运高功率大尺寸VCSEL尤为突出的技术难题.采用新型结构成功研制出808 nm波段高功率大孔径VCSEL,在注入电流为1A时,室温下连续输出功率达0.3 W. 关键词： 半导体激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 大孔径     

Efficient pumping of Rb vapor by high-power volume Bragg diode laser

A 2W cw laser diode (LD) with an external cavity produced by a reflecting volume Bragg grating (VBG) demonstrated a spectral width of 7GHz (full width at half-maximum) at 780nm. The device output power exceeded 90% of the output power of the free-running LD. The emission wavelength was tuned over a 300pm range by thermal control of the VBG. Rb vapor was shown to absorb more than 95% of the laser radiation.     

同轴-三平板型水介质脉冲输出开关实验研究

设计了用于脉冲功率装置的4 MV水介质同轴 三平板型输出开关。该脉冲功率装置将由24路相同的独立模块组成，每路模块由Marx发生器、中间储能器、激光触发气体开关、脉冲形成线、水介质脉冲输出开关、脉冲传输线等组成。水介质脉冲输出开关是同轴 三平板结构水介质多通道自击穿开关，由输入输出电极、预脉冲屏蔽板和连接部件组成。进行了有预脉冲屏蔽板结构和无预脉冲屏蔽板结构的自击穿水开关实验研究。有预脉冲屏蔽板结构开关的输入、输出电极都是半球电极，直径分别是8 cm和5 cm；无预脉冲屏蔽板结构开关为针 板结构，输入电极为平板电极，输出电极为直径3 cm的电极棒。Marx发生器充电70 kV，开关的击穿电压为3 MV，放电电流为450 kA。在3 MV等级的击穿电压下，有预脉冲屏蔽板结构开关的抖动约6 ns，没有预脉冲屏蔽板结构开关的抖动减小至3 ns。     

Achieving single-longitudinal-mode output about Tm:YAG laser at room temperature

We report on the single-longitudinal-mode Tm:YAG laser with a volume Bragg grating pumped by laser diode at room temperature. The maximum SLM power of 142 mW was achieved under incident pump power of 3.22 W. The central wavelength was 2012.6 nm accords with the resonant wavelength of the VBG. Three cavity lengths were used to achieve high efficiency and clear spectrum. The maximum output power were measured to be 450.5, 451.4, and 457.3 mW at incident pump power of 3.22 W, corresponding to a slope efficiency of 17.1, 16.9, and 16.7% for the cavity length of 30, 40, and 50 mm, respectively. 40 mm cavity length having the cleanest spectrum among the three was used for SLM laser with one 1 mm F-P etalon inserted into the cavity.     

Efficient Cr:ZnSe laser with a volume Bragg grating

An efficient and narrow linewidth Cr:ZnSe laser pumped by Tm,Ho:GdVO₄ laser with a volume Bragg grating (VBG) is reported. The Cr:ZnSe laser operated at 2580 nm with emitting linewidth (FWHM) about 0.8 nm. Using the volume Bragg grating, 3.57 W of output was achieved under total incident pump power of 13.1 W, corresponding to optical-to-optical conversion efficiency of 27.3%. By use of conventional mirror, 4.11 W of output was achieved the same incident pump power and the optical-to-optical conversion efficiency is 31.4%.     

基于光纤光栅谐振腔的掺镱全光纤激光器设计(英文)

采用数值分析方法分析了光纤长度、后腔镜反射率等因素对激光器输出阈值泵浦功率、输出功率的影响,为全光纤激光器的优化设计提供了理论基础.在设计过程中采用光纤光栅作为光纤激光器的反馈与选频腔镜,通过锥度光纤实现了泵浦模块与掺镱双包层光纤之间的低损耗连接以及高效率的泵浦激光功率传输,成功研制了具备稳定窄化线宽激光输出的掺镱全光纤激光器.实验得到了波长峰值在1 082 .50 nm,谱线宽度0 .113 nm,最大输出功率8 .5 W,泵浦阈值功率0 .8 W,斜率效率为70 .8 %的稳定激光输出.     

Continuous-wave wavelength conversion for high-power applications using an external cavity diamond Raman laser

We demonstrate continuous-wave (cw) operation of a diamond Raman laser at 1240 nm in an external cavity configuration. The output power increased linearly with pump power with a 49.7% slope efficiency and reached 10.1 W at the maximum available pump power of 31 W. The combination of resonator design with diamond provides a novel approach to power-scalable cw wavelength and beam conversion.     

Narrow Linewidth Tm:YLF Laser with Volume Bragg Grating Dual-End-Pumped by Equidirectional-Polarization Fiber-Coupled Laser Diode

We demonstrate a narrow linewidth Tm:YLF laser with a volume Bragg grating (VBG) that was pumped by an equidirectional-polarization fiber-coupled laser diode using a dual-end-pumping configuration. For an optimized output coupler with a radius of curvature of 150 mm and transmission of 15% at a wavelength of 1.91 μm, the maximum output power was 15.6 W for an absorbed pump power of 51.7 W at 1,907.93 nm, and the output had a narrow linewidth of 0.22 nm. This corresponds to an optical-to-optical conversion efficiency of 30.2% and the slope efficiency was 36.7%.     

双波长Yb∶YAG连续激光理论及实验研究

报道了Yb∶YAG双波长激光振荡阈值的理论结果,实验获得了连续双波长激光输出.实验中,采用紧凑的平凹腔结构、940nm光纤耦合LD端面泵浦方式,Yb∶YAG晶体作为激光晶体,采用10%、15%和20%的输出耦合镜,分别实现了单波长和双波长激光输出,在最高泵浦功率为20 W时,输出耦合率分别为10%、20%,最高获得3.94W的1 050nm激光和3.40 W的1 030nm激光,对应的光光转换效率分别为19.7%和17.0%;当输出耦合率为15%、泵浦功率为11.7 W时,获得0.79 W的双波长激光,对应的光光转换效率为6.8%,功率比为1∶1.3,通过光栅光谱仪测量得到双波长谱线中心分别为1 030.31nm和1 047.50nm;当1 030nm激光功率为3.0 W时,30min内输出功率RMS稳定性优于0.18%.该实验结果与理论分析相吻合,可应用于设计稳定可靠的掺Yb双波长激光器.