用于半导体激光器的高效率复合波导结构

提出了一种高电光转换效率的新型复合波导半导体激光器结构（Composite Waveguide LD,CWG LD）。该器件结构高的电光转换效率得益于其所采用的Al组分阶梯分布AlxGa1-xAs波导层。通过优化设计波导层电阻率分布及能带分布,CWG LD结构在保证输出光功率的同时,可以有效地降低器件串联电阻并提高电光转换效率。结合理论分析及计算机数值仿真软件,分析了复合波导提升器件电光转换效率的机理。经优化,在激光器条宽为6 m、腔长为1 000 m的情况下,波导层阶梯数为1时CWG LD结构可以获得最大的电光转换效率。研究结果表明:在注入电流为900 mA时,CWG LD结构的串联电阻由常规波导器件结构的3.51 降低为2.67 ,电光转换效率由54.7%提升至69.5%。     

高效率大功率连续半导体激光器

从大功率半导体激光器的工作机理出发,对影响激光器电光转换效率的主要因素,如激光器的斜率效率ηd、阈值电流Ith、开启电压V0、串联电阻Rs以及工作电流I等进行了分析,进而讨论了提高电光转换效率的主要技术途径。通过对应变量子阱大光腔激光器外延材料开启特性的优化、大功率激光器芯片横向限制工艺的改进以及对大功率微通道热沉制作等技术的研究,制作了808nm连续半导体激光器阵列。在工作电流140A时,阵列工作电压为1.83V,输出功率145W,电光转换效率达到56.6%。     

高功率980nm非对称宽波导半导体激光器设计

设计了980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器,并在结构中插入电流阻挡层,有效地阻止载流子的泄露。用LASTIP软件对980nm非对称宽波导量子阱激光器进行理论模拟,与传统的980nm对称宽波导量子阱激光器相比,非对称宽波导量子阱激光器波导和量子阱之间有更小的能带差,非对称宽波导结构具有更低的阈值电流,更高的斜效率以及更低的阻抗,所以带有电流阻挡层的980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器有更高的光电转换效率和输出功率。     

半导体多量子阱激光器的波导模式分析

本文以多层结构波导模式的精确解为准,讨论了各种等效折射率法,并对量子尺寸效应的影响提出一个考虑到阱间相互作用强弱的半经验的处理方法,得出与最近多量子阱实验数据符合较好的结果.     

140W高功率非对称宽波导980nm半导体激光器

为了提高半导体激光器(LD)的出光功率,优化了P型波导层以及限制层的厚度。将光场的对称分布变成非对称分布,降低了有源区的光限制因子,从而降低了器件腔面的功率密度,避免器件出现腔面灾变损伤(COD);提高LD的电光转换效率,减小器件的散热路径,降低器件的热阻,从而有效抑制了器件的热饱和。设计并制作了非对称宽波导980 nm高功率LD。器件的综合测试性能为:当器件的注入电流为161 A时,器件的输出功率达到139.6 W,对应的斜率效率、电压和电光转换效率分别为0.91 W/A、1.79 V和48.4%。     

具有透明波导的量子阱半导体激光器及其光集成技术

本文论述了具有透明波导结构的量子阱半导体激光器及其光集成技术的基本原理及主要优点。尤其在实现高功率窄渴束输出的光集成器件方面更显出其独特的优点。     

非对称异质波导半导体激光器结构

提出了一种非对称异质波导半导体激光器外延结构,即通过优化选择材料体系和结构厚度,对器件外延层的P侧限制结构和N侧限制结构分别设计,从而降低器件的电压损耗,使其满足高输出功率以及高的电光转换效率的要求.从载流子的输运和限制等微观机制出发,对器件的主要输出特性进行了理论分析和数值模拟,并以此为根据设计和制作了一种1060 nm In Ga As/Ga As单量子阱非对称异质波导结构半导体激光器,并对器件的主要输出特性进行了测试.实验结果表明,非对称异质结构是降低器件的电压降、增大限制结构对注入载流子的限制,提高半导体激光器电光转换效率的有效措施.     

具有透明波导的量子阱半导体激光器及其光集成技术

本文论述了具有透明波导结构的量子阱半导体激光器及其光集成技术的其本原理及主要优点。尤其在实现高功率窄光束输出的光集成器件方面更显出其独特的优点。     

晶体热效应对激光二极管抽运调Q固体激光器转换效率的影响

研究了在考虑晶体热效应的情况下,如何最优化设计激光二极管(LD)端面抽运的固体激光器。综合考虑抽运光束分布、抽运功率、谐振腔结构以及激光介质的热效应对激光器转换效率的影响,给出设计激光器的一套仿真计算算法。结果表明,热致衍射损耗与抽运光半径、抽运功率、腔长、振荡光半径以及晶体材料有关,与输出镜透射率以及重复频率无关。在考虑热致衍射损耗的情况下,当抽运功率一定时,最佳的抽运光参数和谐振腔参数能使Nd:YAG的转换效率最大。     

60%电光效率高功率激光二极管阵列

设计并制备了980 nm高量子效率和极低光损耗的激光二极管(LD)外延材料和器件.微通道封装1 cm激光二极管阵列在连续(CW)工作条件下最大电光效率达到60.0%,相应的斜率效率和输出光功率分别为1.1W /A和38.2 W.测试得到外延材料的内损耗系数和内量子效率分别为0.58 cm-1和91.6%.测试分析表明,器件电光效率的提高主要在于新型的InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱和大光腔结构设计.     

半导体激光器端面抽运Nd:Ti:LiNbO3波导激光器理论与分析

用光束传播法（Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）计算并分析了用半导体激光器端面抽运的１．０８４ μｍ ＮｄｖＴｉｖＬｉＮｂＯ３ 波导激光器输出功率的理论模型。用Ｎｄ３＋ 的原子复极化率来描述受激辐射光的增益与抽运光的吸收,且考虑到前进与后退光波的相互作用,给出激活媒质的粒子数空间反转分布,并修改了抽运吸收和受激辐射截面的取值,使之适用于半导体激光器从波导激光器端面抽运,计算值与实验值符合得很好。     

大功率激光二极管侧面泵浦固体激光器谐振腔的优化设计

运用激光腔的矩阵理论 ,推导出了含热厚透镜的平 -平腔的G参数及热稳条件 ,用图示法对定腔长的谐振腔进行优化设计 ,并用优化的参数进行了相关实验。当输入电功率为 4 5 0W时激光器的输出功率为 5 0W ,电 -光转换效率 11.1% ,光 -光效率达到 30 % ,功率稳定度优于± 2 %。     

大功率半导体激光器功率转换效率的研究

针对980 nm大功率半导体激光器,分析了不同腔长下,最佳工作点功率转换效率的分布,分别计算了对应的光电转换效率,电压损失效率,阈值损失效率与缺陷损失效率随腔长的变化情况.分析表明随着腔长的增加,最佳输出功率值增加,但功率效率有所下降.缺陷损失效率是导致光电转换效率下降的主要因素,降低内损耗是提高最佳工作点功率转换效率最直接的方法.给出了不同内损耗情况下,最佳功率转换效率随腔长的分布.

Abstract：

For the 980 nm high-power laser diodes manufactured by Beijng Opto-electronic Technology Lab, the relation between the power conversion efficiency of the best operating point and the cavity length is analyzed. Experimantal results show that the best output power increases while the power conversion efficiency decreases with the cavity length increasing. Analyses indicate that the defect power is the primary factor resulting in the decrease of photoelectric conversion efficiency and reducing the inner loss is most obvious way to improve the power efficiency of the best operating point.     

高效率808 nm激光器的数值模拟研究

分析了提高激光器电光转换效率的几种途径,认为降低激光器工作电压、串联电阻和阈值电流可以提高激光器转换效率.分别对Ga0.5InP和AlxGaAs对称波导激光器进行了模拟,结果表明,AlxGaAs材料体系(AlxGaAs/AlxGaAs/InGaAsP)激光器的各种参数均优于Ga0.5InP材料体系((AlxGa)0.5InP/Ga0.5InP/InGaAsP)激光器,并在模拟的基础上制备出了相应的激光器.依据模拟结果和器件结果分析得出,增大波导层掺杂浓度可以降低激光器的工作电压和串联电阻;改变波导层组分为渐变值时可降低激光器阈值电流,从而增大激光器转换效率.     

LD泵浦的全固态高转化率高偏振度绿光激光器

报道了一种LD泵浦Nd：YVO4晶体、腔内Ⅱ类相位匹配KTP和高转化率高偏振度连续输出的全固态激光器的设计和试验结果。采用短三镜折叠腔结构，在1W的注入泵浦功率下获得了320mW波长为532nm的绿光基模输出，光光转化效率为32％，经测试偏振比为550：1。     

大功率808nm AlGaAs/GaAs宽波导量子阱激光二极管

设计与制作了大功率808nm AlGaAs/GaAs宽波导激光二极管.器件的Al0.35Ga0.65As波导厚度提高到0.9μm,宽波导会引起高阶模的激射.为了抑制高阶模,Al0.55Ga0.45As限制层厚度降低到0.7μm,同时确保基横模的辐射损耗在0.2cm-1以下.采用MOCVD进行材料生长,得到了高性能的器件,100μm条形激光二极管的最大输出达10.2W.     

大功率808nm AlGaAs/GaAs宽波导量子阱激光二极管

设计与制作了大功率808nm AlGaAs/GaAs宽波导激光二极管.器件的Al0.35Ga0.65As波导厚度提高到0.9μm,宽波导会引起高阶模的激射.为了抑制高阶模,Al0.55Ga0.45As限制层厚度降低到0.7μm,同时确保基横模的辐射损耗在0.2cm-1以下.采用MOCVD进行材料生长,得到了高性能的器件,100μm条形激光二极管的最大输出达10.2W.     

半导体激光器光束耦合效率研究

在远距离无线光通信中,接收点光功率与光束发散角平方成反比。为了获得小的光束发散角和大的功率耦合效率,必须研究光束准直系统与耦合效率的关系。根据非傍轴远场光分布理论,用光线追迹法对半导体激光器光束准直系统中的功率耦合效率进行研究,给出半导体激光器光束耦合效率的计算方法,并进行计算机模拟。这里的研究结果对半导体激光器光束准直系统设计具有一定的指导作用。