低远场发散角976 nm基横模脊形半导体激光器

采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5μm、腔长为1500μm,在25℃测试温度下,可获得422 mW最大连续输出功率,峰值波长为973.3 nm,光谱线宽（FWHM）为1.4 nm。当注入电流为500 mA时,垂直和水平远场发散角（FWHM）分别为24.15°和3.90°。在15～35℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析,发现随着测试温度的升高,器件远场分布变化较小,水平远场发散角基本维持在3.9°左右。     

2μm InGaAsSb/AlGaAsSb双波导半导体激光器的结构设计

为了提高2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器的最大输出功率,减小远场垂直发散角并实现单模稳定输出,在非对称波导结构的基础上设计了具有双波导结构的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器.同时,利用相关的物理模型及SimLastip程序语言构建了InGaAsSb/AlGaAsSb Macro文件,利用SimLastip软件对具有不同结构的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器进行了数值模拟分析.研究结果表明,双波导结构可以将半导体激光器的有源区限制因子由0.019 2减小至0.011 3,器件的最大输出功率提高了1.7倍,远场垂直发散角由57°减小到48°,器件性能得到了改善.     

非对称结构大功率940nm量子阱激光器

为改善940 nm大功率InGaAs/GaAs半导体激光器输出特性,通过模拟计算了非对称波导层及限制层结构的光场分布,并参照模拟制作了非对称结构半导体激光器器件。采用低压金属有机物气相沉积(LP-MOCVD)生长技术,获得了低内吸收系数的高质量外延材料,通过实验数据计算得到激光器材料内吸收系数仅为0.44mm~(-1)。进而通过管芯工艺制作了条宽100μm、腔长2000μm的940 nm半导体激光器器件。25℃室温10 A直流连续(CW)测试镀膜后器件阈值电流251 mA,斜率效率1.22 W/A,最大输出功率达到9.6 W,最大光电转化效率超过70%。     

1.3μm偏振无关半导体光放大器单片集成模斑变换器

用金属有机化学气相外延生长并制作了 1.3μm脊型波导偏振无关半导体光放大器集成模斑变换器 ,器件有源区为同时采用压应变量子阱和张应变量子阱的混合应变量子阱结构以获得TE和TM偏振模式的增益平衡 ,模斑变换器采用一种新型脊型侧向锥形波导结构 ;集成模斑变换器的半导体光放大器远场发散角为 12°× 15° ,接近圆形光斑 ,与平头标准单模光纤耦合损耗为 - 2 .6dB ,在水平和垂直方向上的 - 1dB耦合对准容差分别为± 2 .3μm和± 1.6 μm ;在 2 0 0mA偏置电流下 ,半导体光放大器小信号增益近 2 4dB ,在 12 80～ 1340nm波长范围内偏振灵敏度小于 0 .6dB。     

非对称波导结构提高980nm激光二极管电光效率的机理研究

采用高电流注入条件下的载流子扩散方程和复折射率波导模型情况下的亥姆霍兹方程,对980nm高功率激光二极管外延材料的非对称和对称波导结构的光吸收损耗进行了理论计算。采用低压金属有机化学气相外延技术制备了两种波导结构的外延材料,并制作了激光器件,进行了光电特性测试和对比分析。理论计算和实验结果表明:与对称波导结构相比,非对称波导结构外延材料并未减小光吸收损耗,而是减小了串联电阻,因而降低了器件的焦耳热损耗,从而提高器件的电光效率。     

带有锥形增益区14xxnm量子阱激光器的研制

利用MOCVD生长了14xxnm AlGaInAs/AlInAs/InP应变量子阱外延片.采用带有锥形增益区脊型波导结构和普通条形脊型波导结构在相同的实验条件下制作800 μm腔长激光器管芯,在相同的驱动电流下前者可以获得更高的输出光功率,而且P-Ⅰ曲线线性度较好、饱和电流高. 1200 μm腔长带有锥形增益区脊型波导结构管芯功率达到500 mW,饱和电流3 A以上,峰值波长1460 nm,远场发散角为39°×11°.     

1550nm高功率基横模半导体激光器及温度特性

通过引入渐变Al组分和脊型波导的设计,制备了1550 nm高功率AlGaInAs/InP基横模半导体激光器,室温连续工作模式下器件的斜率效率达到0.35 mW/mA,在500 mA的工作电流下,输出功率为138 mW,垂直和水平方向的远场发散角分别为32.9°和11.1°,证明器件具有良好的基横模输出特性。同时,建立高阶模截止条件温度模型,研究了器件在不同温度下功率-电流（P-I）曲线中kink效应与远场发散角steering效应的产生原因,阐述了温度对基横模和高阶模增益的影响机制。通过比较不同腔长器件发生kink效应的电流大小,证明长腔长结构可以有效防止kink效应的发生。     

1310 nm高功率超辐射发光二极管的制备及性能研究

为优化1 310 nm超辐射发光二极管输出性能,提高器件输出功率,针对J型波导结构的1 310 nm超辐射发光二极管的波导结构参数及器件散热能力进行研究。结果表明波导刻蚀深度、弯曲角度和绝缘层厚度是影响器件实现高功率输出的重要因素。基于研究结果对超辐射发光二极管器件结构及工艺进行优化,制备出脊宽5μm、弯曲角度8°、刻蚀深度1.7μm、绝缘层厚300 nm的J型超辐射发光二极管。该器件在室温及500 mA连续注入电流条件下,直波导长度1.5 mm时实现10 nm宽的输出光谱,输出功率达到42.2 mW。     

外延叠层多有源区激光器的结构优化设计

基于分离的非对称大光腔结构,对激射波长为905nm的外延叠层三有源区大功率脉冲半导体激光器的外延结构进行优化设计。通过优化近场光场模式、自由载流子吸收损耗、相邻发光区之间距离以及掺杂浓度分布等关键参数,提高了器件的脉冲峰值功率,降低了内损耗和远场垂直发散角。研制的1mm腔长、100μm条宽的三有源区大功率半导体激光器,经由150ns脉宽和6.67kHz重复频率的脉冲测试,在34.5A脉冲电流强度驱动下实现了122W的脉冲峰值功率输出。器件的斜率效率为3.54 W/A,单个发光区实现了折合91.75%的内量子效率和2.05cm-1的内损耗,水平方向和垂直方向上的半峰全宽远场发散角分别为7.8°和27.6°。     

介质膜集成衬底垂直外腔面发射激光器

垂直外腔面发射激光器(VECSEL)可以实现大功率的高光束质量输出.针对外腔制作工艺复杂、腔体结构松散的缺点,研制了一种介质膜集成衬底表面外腔底面发射激光器.将衬底表面生长的多层介质绝缘薄膜与N-DBR、P-DBR共同构成复合腔结构,衬底充当外腔.该结构能够抑制高阶模式,进而优化输出光谱及远场发散角等光束特性.在已有的理论指导下,制作了有源区直径为200 μm、外腔腔长250 μm的VECSEL.室温下,向器件连续直流注入3.4A,测试得到输出功率为260 mW,远场发散角的半角宽度为3.8°,光谱半高全宽为0.046 nm.与常规结构底面发射VCSEL进行比较,发现VECSEL器件的光束质量得到了明显改善,实验结果与理论仿真结果有较好的一致性.     

850nm高亮度锥形半导体激光器的光电特性

采用激射波长为850 rm的AlGaInAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制增益量子阱结构的外延片,设计并制备了具有条形结构和锥形结构的半导体激光器.在输出功率同为1 W时,锥形激光器的发散角、光束传播因子和亮度分别为4°、2.8和9.9 MW·cm-2·sr-1,远好于条形激光器的6°、9.2和3.0 MW·cm...     

气源MBE外延自组装GeSi量子点光致荧光研究

利用气源分子束外延设备（MBE）制作了GeSi自组装量子点样品。利用原子力显微镜（AFM）和光致荧光（PL）光谱研究了量子点的形貌和光学性质。气源MBE在较低温度下生长的量子点材料具有较高的量子点覆盖度。200K以下载流子以局域激子形式束缚在量子点中,激子束缚能约为17meV。升温至200K,载流子的输运过程发生变化。对量子点PL积分强度与温度关系曲线进行拟合得到量子点中空穴跃迁至浸润层的热激活能为129meV。     

Wavefront measurements of diode laser beams with large dynamic ranges

We propose and demonstrate a method for the measurement of the wavefronts of high-power diode laser beams with large dynamic ranges. Our wavefront sensor consists of a movable pinhole and a wavefront-slope detector. The measurement results show that the wavefront sensor exhibits a large dynamic range of pi/2 to -pi/2 and a high precision on the measured average wavefront slope. The wavefronts of high-power diode laser beams having large divergence angles at arbitrary locations (including near and far fields) can be reconstructed via the wavefront measurement at a given location. The amplitude and phase distributions of a laser beam could be determined from the measured optical field data using diffraction theory. The experimental measurement of the wavefront of a 980 nm diode laser beam will be presented and discussed.     

基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶的红光聚合物平面光波导放大器

制作了基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶材料的工作波长655 nm的聚合物平面光波导放大器。材料的吸收光谱表明,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶在980 nm附近有很强的吸收。在980 nm激光的激发下,由于Er~(3+)和Mn2+能级之间的能量传递,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶产生了很强的红色上转换发光。根据KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子的发光特性,制备了KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)NCs-PMMA复合材料,用其作为芯层设计了掩埋形结构光波导放大器,利用传统的半导体工艺完成器件制备。器件测试结果表明,当655 nm信号光功率为0.1 m W、980 nm泵浦功率为260 m W时,器件获得了2.7 d B的相对增益。     

Narrow-beam divergence 1.55μm laser diodes with integrated self-aligned spotsize converter

This paper describes the high performance of narrow-beam divergence spot size converter(SSC)integratedseparately confined heterostructure(SCH)LD.The upper optical confinement layer (OCL) and thebutt-coupled tapered thickness waveguide were regrown simultaneously,which not only offered theseparated optimization of the active region and the integrated spotsize converter,but also reduced thedifficulty of the butt-joint selective regrowth. The threshold current was as low as 5.4 mA,the outputpower at 55 mA was 10.1 mW, the vertical and horizontal far field divergence angles were as low as 9°and 15°,and the 1-dB misalignment tolerances were 3.6 and 3.4 μm, respectively.     

Effective far infrared laser operation with mesh couplers

In the pursuit of increased far infrared (FIR) laser output power and higher beam quality, we have designed, fabricated and applied hybrid metal mesh couplers. Fourier Transform Spectroscopy was performed to evaluate the spectral characteristics of the couplers. With smallest mesh features of 1.0 μm, these couplers, fabricated in a class 100 clean-room, exhibited remarkably wide bandpass characteristics. Application in an Apollo Model 122 FIR laser system resulted in high output powers on many lines in the 100–500 μm range, with only moderate pump powers (10–60 W). A careful analysis of the FIR laser beam showed undiffracted Gaussian beam profiles with low divergence angles.     

高功率905 nm InGaAs隧道结串联叠层半导体激光器

设计出了隧道结串联叠层半导体激光器结构,采用分子束外延进行激光器材料的外延生长,材料经过光刻、腐蚀、欧姆接触、解理、腔面镀高反射/减反射膜、焊装等工艺,制作成条宽200 m、腔长800 m 的半导体激光器。两隧道结激光器在脉冲宽度100 ns,重复频率10 kHz,30 A工作电流下输出功率达到80 W,峰值发射波长为905.6 nm,器件的阈值电流为0.8 A,水平和垂直方向的发散角分别为7.8和25。     

GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光管材料制备及表征

超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。     

百瓦级高亮度光纤耦合半导体激光模块的研制

用3只976 nm半导体激光短列阵作为子模块,研制出连续工作的百瓦级高亮度光纤耦合模块。首先,利用光束转换器将每个半导体激光短列阵进行光束整形;然后采用空间复用技术将3个半导体激光短列阵在光参数积小的方向上叠加,并利用倒置伽利略望远镜作为扩束器进一步压缩发散角;最后利用优化结构的透镜组将激光聚焦到芯径200 μm,数值孔径为0.22的光纤中。测量结果显示:聚焦后激光的发散角为24.8°,焦平面的光斑尺寸为175.2 μm;耦合后测量光纤出光功率可达107 W,对应亮度为2.23 MW/(cm²·sr),达到了国内利用列阵进行光纤耦合的领先水平;在工作电流为52.5 A时,电光转换效率为43.1%,远高于全固态等激光器;最后测量本模块在不同驱动电流时的光谱,并以此计算出模块的热阻为1.29 K/W,说明它的散热性能良好。结果表明,本光纤耦合模块适合应用于泵浦光纤激光器、医疗和激光加工等领域。