高功率半导体激光泵浦源研究进展

高功率半导体激光器是固体激光器和光纤激光器的主要泵浦源。激光泵浦源性能的大幅提升直接促进了固体激光器、光纤激光器等激光器的发展。主要介绍了8xx nm和9xx nm系列半导体激光泵浦源的最新研究进展,8xx nm单管输出功率已达18.8 W@95μm,巴条输出功率已达1.8 kW(QCW),9xx nm单管输出功率已达35 W@100μm,巴条输出功率已达1.98 kW(QCW)。谱宽<1 nm的窄谱宽半导体激光器输出功率可达14 W。展望了未来半导体激光器泵浦源的发展趋势。     

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。     

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。     

碟型量子阱微腔激光器的低阈值激射

利用反应离子刻蚀(RIE)和湿法腐蚀方法在InGaAs/InGaAsP多量子阱材料上研制出直径为8μm、4.5μm和2μm的碟型半导体微腔激光器。其中2μm直径的微碟在液氮温度下其光泵浦激射阈值仅为3μW左右。对高光功率密度下泵浦时出现的多模激射、跳模和激射光谱强度饱和现象进行了研究。并对微碟激光器的激射光谱线宽特性进行了初步的分析。     

1GHz梳状波调制1.3μmDFB半导体激光器皮秒超短光脉冲产生的实验研究

本文介绍一种采用高重复率梳状波电流调制1.3μm分布反馈(DFB)半导体激光器产生皮秒超短光脉冲的技术。采用1GHz重复率尖脉冲电流直接调制1.3μm半导体激光器产生了最短15ps、输出平均功率为4.5mW的超短光脉冲。     

纳米压印工艺制作DFB激光器的可靠性研究

利用光荧光谱及X射线双晶衍射研究了纳米压印工艺对半导体外延材料的影响。利用纳米压印工艺制作了1.55μm通信用分布反馈(DFB)半导体激光器,并对制作的器件进行了老化寿命试验。实验结果表明,采用软模版压印并不会劣化半导体外延材料的特性。制作的半导体激光器预期寿命与普通双光束曝光法制得的器件预期相当,表明纳米压印工艺制作半导体激光器是可靠的。     

隧道再生四有源区大功率半导体激光器

利用隧道再生原理实现半导体激光器在低注入电流下的高光功率输出。通过传输矩阵法对隧道再生四有源区光耦合半导体激光器的模式特性进行了理论分析,指出器件的激射模式应为TE3,且存在最优的内限制层厚度。利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)外延法生长了内限制层厚度分别为0.3μm、0.5μm和0.7μm的器件。内限制层厚度等于0.5μm的器件的P-I特性最好,腔面未镀膜时,在2 A的注入电流下其光输出功率大于5 W,P/I斜率达2.74 W/A。结果表明,为了得到尽可能高的光输出功率,需要合理地设计隧道再生多有源区激光器的内限制层厚度。     

1.064μm半导体激光脉冲种子源的设计

设计了一种运用于MOPA（master optical parameter amplifier）系统的半导体激光种子源。研制了高速大电流驱动模块和任意波形发生器,实验采用1.064μm QW-DFB的大功率半导体激光器,得到了脉冲光功率优于200mW,脉冲宽度1.5ns～1μs和重复频率1kHz～1MHz可调的半导体激光脉冲种子源。     

半导体激光泵浦的外腔YAG激光器国内首次运转

中国科学院上海光学精密机械研究所“激光技术开放研究实验室”于1991年7月8日采用本所“半导体光电子学实验室”研制的一维锁相列阵半导体激光器泵浦外腔YAG激光器获得1.064μm激光输出。外腔结构的实验成功为进一步研究和发展半导体激光泵浦的固体激光器打下了基础。 对于半导体激光泵浦的YAG激光器,为了减少激光腔内的损耗,从而降低激光阈值,国内外在研究初期都采用全内腔的单块(monothic)YAG激光器,随着腔内倍频和增大激光输出等研究的发展和需要,又发展为外腔方式。     

大光腔小垂直发散角InGaAs/GaAs/AlGaAs半导体激光器

提出并实现了新型隧道再生耦合大光腔半导体激光器，近场光斑宽度达到1μm，较普通半导体激光器提高了一个数量级，有效地解决了普通半导体激光器由于发光面积狭窄而导致的端面灾变性毁坏和垂直发散角大的问题. 采用低压金属有机物化学气相沉积方法生长了以C和Si分别作为掺杂剂的AlGaAs隧道结、GaAs/InGaAs应变量子阱有源区和新型半导体激光器外延结构，并制备出器件，其垂直发散角为20°，阈值电流密度为277A/cm2，斜率效率在未镀膜时达到0.80W/A. 关键词： 半导体激光器 大光腔 隧道再生     

利用增益开关半导体激光器实现光电开关的导通

用0.8μm的增益开关半导体激光器,照射以Cr:GaAs为衬底的光电开关,产生电脉冲,这在国内尚属首次。本文介绍了光电开关的导通原理及我们的实验技术。在对0.8μm的InGaAsP半导体激光器的微波调制下,我们获得了最大峰-峰值为11mV的重复电脉冲。     

多通道半导体激光器温控系统

研制了一种板级多通道半导体激光器温控系统,将其应用于混合气体检测中可实现同时对多个半导体激光器温度的控制.该系统硬件上由多通道温度采集模块、数字信号处理器模块、半导体制冷器(TEC)和TEC控制模块组成.软件上采用时间片轮转调度算法和积分分离式数字比例积分微分算法,实现了对多个半导体激光器温度的实时、精确控制.为了测试系统的性能,利用该系统同时控制中心波长为1.65μm和1.56μm的可调谐分布反馈激光器的温度,进行了温度控制实验并测试了两个激光器的发光光谱.实验结果表明,该系统可以实现对两个激光器温度的同时控制,温控精度为-0.011~0.015℃,响应时间小于3s.对温控系统的工作稳定性进行了测试,两个激光器连续工作6h,其工作温度保持恒定.连续10h测试两个激光器的输出光谱,输出波长的峰值未出现偏移.该温控系统体积小、成本低、便于集成且稳定可靠,在混合气体检测中有良好的应用前景.     

多芯片半导体激光器光纤耦合设计

应用ZEMAX光学设计软件模拟了一种多芯片半导体激光器光纤耦合模块,将12支808nm单芯片半导体激光器输出光束耦合进数值孔径0.22、纤芯直径105μm的光纤中,每支半导体激光器功率10 W,光纤输出端面功率达到116.84W,光纤耦合效率达到97.36%,亮度达到8.88MW/(cm2·sr)。通过ZEMAX和ORIGIN软件分析了光纤对接出现误差以及单芯片半导体激光器安装出现误差时对光纤耦合效率的影响,得出误差对光纤耦合效率影响的严重程度从大到小分别为垂轴误差、轴向误差、角向误差。     

高功率AlGaAs/GaAs单量子阱远结激光器及其老化特性

为了提高器件的可靠性和使用寿命,设计并研制了一种将p-n结和有源层分开的高功率AlGaAs／GaAs单量子阱远异质结(SQW-RJH)激光器,发射波长为808nm,腔长900μm,条宽100μm,其外延结构与通常的808nm AlGaAs／GaAs单量子阱半导体激光器的结构不同,在p-n结和有源区间多了一层p型AlGaAs层,其厚度约为0．1μm。为减小衬底表面位错对外延层质量的影响,在n^ -GaAs衬底和n-Al0．5Ga0．5As下包层间加一层n^ -GaAs缓冲层。对器件进行了电导数测试及恒流电老化实验。与常规AlGaAs／GaAs大功率半导体激光器相比,远结大功率半导体激光器具有阈值电流Ith偏大、导通电压Vth偏高的直流特性。3000h的恒流电老化结果表明,器件在老化初期表现出阈值电流随老化时间缓慢下降,输出功率随老化时间缓慢上升的远结特性。     

多线阵半导体激光器的单光纤耦合输出

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2mm,单个发光单元宽度为100μm,发光单元周期为500μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195W,光纤端面功率密度达到1.55×105W/cm2.     

阵列半导体激光器的光束参数测量与光纤耦合

采用ISO推荐的方法测量了发光面为 1μm× 15 0 μm的阵列半导体激光器的光束半径、远场发散角、束腰位置、瑞利长度 ,并根据测量结果计算了光束传输因子 (M2 因子 )。以此为基础 ,研究了半导体激光器光束的快轴准直以及光纤耦合技术 ,采用微柱面透镜准直后 ,阵列半导体激光器快轴方向发散角可减小到 0 .48°。设计了光纤耦合光学系统 ,与 10 0 μm光纤耦合时的耦合效率为 71.0 % ,与 2 0 0 μm光纤耦合时的效率为 83.4%。     

掺铬硅酸镁晶体实现全固化自启动1.3 μm波长自锁模激光运转

掺铬硅酸镁晶体 ( Cr:Forsterite)锁模激光器发射的 1 .3μm激光在生物图像及非线性激光显微学上的应用前景已得到充分证明 ,因此促进了实用化掺铬硅酸镁锁模激光器的研究。最近国际上有报道 :将半导体可饱和布拉格反射镜 ( SBR)或可饱和吸收体镜 ( SESAM)应用于克尔棱镜锁模激光器 ,成功实现其自启动过程。这一技术大大推动了掺铬硅酸镁锁模激光器向全固化、小型化发展。本文报道了中国科学院上海光学精密机械研究所生长的优质 Cr:Forsterite晶体 ,运用半导体可饱和反射镜技术 ,在国内首次实现全固化自启动 1 .3μm波长自锁模激光运转…     

高效掺Yb3+双包层光纤激光器的研究

采用多模大功率半导体激光器泵浦掺Yb双包层D型光纤,详细研究了输出功率与泵浦的关系,使用5m长多模光纤,获得了1.07μm,功率为7.2W的激光输出。     

半导体激光器激活层中的四波混频和相位共轭光的发生

本文提出了一种从半导体激光器中发生和检测相位共轭光的新方法,并用1.3μm分布反馈半导体激光器作了实验验证。本方法不仅可以用来发生相位共轭光,还可以用来研究振荡运转中的激光激活介质的非线性光学特性。     

半导体抽运的单程中红外光纤气体激光器

报道了半导体抽运的单程中红外光纤气体激光器。用一个被调制放大的可调谐1.5μm半导体激光器抽运一段长为2.3m、充低压乙炔气体的低损耗负曲率空心光子晶体光纤(HC-PCF),实现了单程有效的中红外(3.1~3.2μm)激光输出,气压为200Pa时光-光转换效率大于14.5%,100Pa时激光阈值小于100nJ。为实现高效紧凑的大功率中红外光纤激光器提供了一条可能的技术途径。