808nm高效率激光二极管

目前808nm高效率激光二极管产品的转换效率只有50%左右,还有很大的提升空间。通过提高欧姆接触层浓度、界面渐变和波导层掺杂等方面的外延材料结构优化,减小附加电压和电阻值,设计制作了808nm大光腔应变量子阱外延材料;并制作了200μm发光区标准单管,提取了材料内部参数,材料内损耗iα为0.67cm-1,内量子效率iη为0.88;将圆片解理成2mm腔长的巴条进行腔面镀膜,并烧结成标准单管,25℃下单管电光效率达到61.1%;将巴条烧结到微通道载体上,制作成标准微通道水冷单条阵列,水温15℃110A下输出光功率126.6W,电光转换效率62.77%。     

半导体侧泵模块激光晶体内吸收光场分析

建立了半导体侧面泵浦模块中激光晶体的吸收光场分布模型,利用Matlab软件计算了吸收光场的归一化分布形貌,提出了两个重要参数:阵列切向位移量与径向角度偏离度。结果表明:当阵列切向位移量为0~0.5 mm时,晶体相对吸收强度、光场均匀性等参数基本不变;当该数值大于0.5 mm时,吸收强度急剧下降、光场不均匀性急剧增加;相比而言,径向角度偏移对晶体吸收光场分布的影响较小,总体上呈现随着该数值的增加,吸收强度减小、光场不均匀性增加。以上研究结论为目前半导体侧泵模块的研制生产提供了理论指导。     

976 nm高效率半导体激光器

976 nm高效率半导体激光器是这几年研究的热点,在固体激光器泵浦领域有广阔的应用。通过优化半导体激光器材料外延结构中包覆层和波导层的铝组分,降低了工作电压;通过采用微通道水冷系统,并进行优化降低了热阻,从而提高了室温下的电光转换效率。25℃室温连续测试条件下,1 cm的线阵列(巴条),2 mm腔长,50%填充因子,在110 A下,出光功率为114.2 W,电压为1.46 V,电光转换效率为71%。15条微通道封装成的垂直叠阵,进行光束整形后,获得了室温976 nm连续输出功率1 500 W,电光转换效率大于70%。     

In-Au复合焊料研究

大功率半导体激光器封装过程中,为降低封装引入的应力,踊般用In焊料进行焊接。In焊料具有易氧化、易"攀爬"的特性,因而导致封装成品率很低。提出了一种新型焊料——In-Au复合焊料,使用此焊料进行封装,很好地解决了上述问题。通过理论分析及实验摸索,确定了In-Au复合焊料蒸发条件,分别利用纯In焊料和In-Au复合焊料封装了一批激光器样品,通过对比这两组样品的焊料浸润性、电光参数、剪切强度等,发现利用In-Au复合焊料封装的样品优于纯In焊料封装的样品。     

半圆形半导体激光器阵列准直工艺方法研究

通过试验,分析并验证了半圆形半导体激光器阵列准直后光束指向发生偏移的原因,证明了烧结过程对准直光束指向性的影响。为避免烧结过程对准直工艺的影响,设计了一种的新的半圆形半导体激光器阵列的准直工艺方法,并设计了半圆形半导体激光器阵列准直工艺平台,实现了对半圆形半导体激光器在组装、烧结后进行阵列准直;同时采用两点一线的原理,设计了用于半圆形半导体激光器阵列准直的双屏监测方法,有效提高了准直的指向准确性和工作效率。通过一对半圆形器件对Ф3mm的固体棒进行泵浦试验,工艺改进后的泵浦增益有了明显提高,泵浦功率为2.3kW时,增益提高了大约15%。     

双激光二极管bar条光纤耦合技术

对半导体激光器阵列bar光纤耦合技术进行了分析和模拟,研制了双bar光纤耦合模块,成功地将双bar条通过偏振合束的方法耦合进芯径为400μm、数值孔径为0.22的光纤,其连续功率为60W,功率密度为4.8×104W/cm2.     

基于腔面非注入技术的大功率半导体激光器

采用腔面电流非注入技术,提高了808nm半导体激光器灾变性光学损伤(COD)阈值。通过腐蚀GaAs高掺杂层的方法,在半导体激光器腔面附近形成电流非注入区,以此来减少腔面处的载流子注入。载流子注入水平的降低,减少了腔面处非辐射复合的发生,因而提高了激光器的灾变性光学损伤阈值。应用电流非注入技术制作的器件的最大输出功率达到3.7W;而应用常规工艺制作的器件的最大输出功率为3.1W。同常规工艺相比,采用该技术使器件的最大输出功率提高了近20%。     

高效率连续1 000 W半导体激光器叠层阵列

采用低压MOCVD外延技术生长的GaInAs/AlGaAs应变量子阱大光腔结构材料结构设计,利用低压MOCVD外延技术生长了3英寸(75 mm)激光器外延片,进而设计制作了976 nm大功率低热阻连续激光器芯片。采用以及高热导率的无氧铜材料设计制作了大功率微通道热沉,采用In焊料芯片倒装烧结工艺,制作了976 nm连续激光器阵列单条。在20℃水冷条件下,输入电流120 A,工作电压1.51 V,输出功率达到118 W,电光功率转换效率约65%。将10只微通道阵列单条堆叠组装,制作了连续1 000 W微通道叠层阵列。在20℃水冷条件下,输入电流120 A,输出功率达到1 130 W,工作电压1.45 V,电光功率转换效率约65%。     

复合型微通道热沉设计与制作技术研究

从大功率半导体激光器可靠性封装和应用考虑,利用商用有限元软件Abaqus与CFdesign对微通道热沉材料、结构进行优化设计,结合相应的制造工艺流程制备实用化复合型微通道热沉。微通道热沉尺寸为27 mm×10.8 mm×1.5 mm,并利用大功率半导体激光阵列器件对所制备热沉进行散热能力、封装产生的"微笑效应"进行了测试,复合微通道热沉热阻约0.3 K/W,"微笑"值远小于无氧铜微通道封装线阵列,可以控制在1μm以下。复合型微通道热沉能满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求与硬焊料封装的可靠性要求。