大功率半导体激光器腔面膜的场强分布优化

为了提高半导体激光器腔面膜的激光损伤阈值,进而提高激光器输出功率,对激光器的灾变性光学镜面损伤产生的原因进行了探讨。根据损伤原理,将高反膜中场强最大处移出界面,采用光学传输矩阵,对厚度连续变化的界面场强和反射率进行了计算,得到优化高反膜系,优化膜系减小了界面处的光场对薄膜的损伤。采用改进后束流密度更大的LaB6作为阴极原位等离子源,对离子源清洗的参数进行了优化。薄膜制备前期使用离子清洗的方法在真空环境下对腔面进行去氧化,在制备过程中使用电子束蒸发离子源辅助沉积,并测试了薄膜在高温高湿环境下的稳定性。使用该优化的膜系和清洗方法制备的半导体激光器,在准连续输出时,功率由4.6 W提升到了7.02W,工作电流由5A提升到了8A。     

808 nm掺铝半导体激光高损伤阈值腔面膜制备

研究了808 nm量子阱脊型波导结构掺铝半导体激光器在空气中解理不同镀膜方法对激光损伤阈值的影响.将半导体激光器管芯分别采用前后腔面不镀膜、前后腔面镀反射膜和前后腔面先镀钝化薄膜,再镀腔面反射膜的方法进行对比.测试半导体激光器输出功率的结果表明:腔面镀钝化薄膜的方法比只镀腔面反射膜的方法的激光损伤闽值高36%,并且能有效防止灾变性光学镜面损伤,同时,还分析了半导体激光器管芯和光学薄膜之间发生的物理效应.在大功率半导体激光器芯片腔面上镀钝化薄膜是提高其激光损伤阈值的一个行之有效的方法.     

980 nm大功率半导体激光器增透膜的优化设计与制备

对于大功率半导体激光器,根据其最佳工作点随着和端面反射率相关的阈值电流等参数的变化规律,选择适合的腔面膜反射率系数进行设计。设计并制备三种腔面膜膜系,它们的增透膜在980 nm处反射率系数分别为8%、5%与2%,高反膜反射率系数均为90%。器件封装后分别测试其发光性能,数据显示与未镀膜的激光器相比,镀膜后的激光器在输入15 A电流时,它们的输出功率提高了35.18%~37.35%;它们在其最佳工作点处转换效率提高了25.33%~27.44%;此外高反膜反射率一定时,它们达到最佳工作点所需的电流值随其增透膜反射率系数减小而增大,结果表明优化选取合适的半导体激光器腔面膜膜系进行镀制,可以使半导体激光器在最佳工作点具有更大的输入电流,从而更适合在大功率工作。     

1550 nm波段外腔窄线宽激光器增益芯片

针对外腔窄线宽激光器应用设计了一款半导体增益芯片，分析了斜率效率和增益谱特性，由于封装后增益峰红移会造成器件输出功率下降，指出设计中芯片的增益峰需偏离激光器激射波长。通过优化量子阱结构及材料应力，提高了芯片的斜率效率。为了降低芯片自身法布里-珀罗(FP)腔谐振效应，采用弯曲波导配合磁控溅射四层增透膜工艺，使芯片出光端面的有效反射率明显降低，提高了窄线宽激光器输出波长的稳定性。所设计芯片采用1%压应变量子阱材料，量子阱厚度为7.5 nm,量子阱数量为3个，芯片波导与解理面法线呈6°夹角。通过半导体流片工艺完成掩埋结芯片制作，并进行窄线宽激光器封装及测试，实现了1 550 nm波段高效稳定的窄线宽激光输出。     

光纤端面宽带减反射膜制备

为了提高高功率半导体激光器光纤耦合系统中光纤的透过率以及耦合效率,通过高精密研磨抛光技术处理光纤端面,选取高激光损伤阈值薄膜材料,优化膜系结构,采用直接光控技术和离子辅助沉积法,成功地在光纤芯直径为100μm的多模光纤(MMF)端面上镀制了宽带减反射膜。测试结果表明,在900~1 100nm波段光纤双端面光损耗降低6%,总透射率达到99.2%,有效提高了光纤耦合系统中光纤耦合效率。     

基于AlxNy绝缘介质膜的新型窗口大功率半导体激光器

提升半导体激光器的腔面抗光学灾变(COD)损伤的能力,改善半导体激光器的工作特性,一直是大功率半导体激光器器件工艺研究的难点.基于薄膜应力使基底半导体材料带隙变化的原理,采用直流磁控溅射方法在不同条件下溅射生成不同内应力的AlxNy绝缘介质膜.通过研究大功率半导体激光器腔面退化机理,借助AlxNy等应力膜设计制作了一种新型非吸收透明窗口结构的宽条形半导体激光器,使器件平均最大输出功率提高46.5%,垂直发散角达到21°,水平发散角达到6.1°,2000 h加速老化试验,其千小时退化速率小于0.091%.     

高效减反射膜—由半导体激光器向行波式放大器转变的关键

采用常规膜厚监控方法在二极管激光器端面镀高效减反射膜有很多困难。本文从理论上研究了自发光监测控制减反射膜的可行性,并且得到了用这种方法在半导体激光器端面镀高效减反射膜的实验结果。利用 Kaminow 等人提出的间接测量法,测得在 GaAs 激光器端面镀制了单层 SiO 膜后的剩余反射率小于5×10~(-4)。     

915 nm半导体激光器新型腔面钝化工艺

针对半导体激光器腔面光学灾变损伤的发生机制,设计了一种单管芯半导体激光器腔面真空解理钝化工艺方法。在真空中解理并且直接对半导体激光器腔面蒸镀钝化膜,提出用ZnSe材料作为单管芯半导体激光器真空解理工艺的钝化膜材料,发现利用真空解理钝化工艺方法和ZnSe材料作为钝化膜可以使器件输出功率提高23%。通过电致发光（EL）对半导体激光器腔面损伤机理进行分析。进一步说明对915 nm半导体激光器制备工艺中引入真空解理钝化工艺技术并且选择ZnSe作为钝化膜可以有效保护半导体激光器腔面,提高器件可靠性。     

大功率单隧道结半导体激光器的研制简

针对大功率隧道结半导体激光器因光学灾变损伤(COD)而导致输出光功率无法进一步提高的问题,通过优化器件材料结构,提高了其COD阈值.采用标准的半导体激光器制作工艺,制作了发光区条宽为200 μm、腔长为900 μm的单隧道结半导体激光器.在脉冲宽度为200 ns、重复频率为5 kHz的室温下进行测试,器件峰值功率超过70 W,并且无明显COD现象发生.在20 A工作电流下,器件峰值波长为907 nm,光谱宽度为7 nm,斜率效率为1.88,接近相同工作电流下单有源层激光器的两倍.     

多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出

设计并研制了一种多单元半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用分子束外延(MBE)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4只准直的单条形大功率半导体激光器,器件腔长为2 mm,发光区宽度为100μm,单条形器件的连续输出功率为5.0 W,每两只单条形器件的准直输出光束经过空间合束后再通过偏振合束,实现了多单元器件输出的高光束质量功率合成,采用简单的平凸透镜实现了合束光束与100μm芯径、数值孔径(NA)0.22石英光纤的高效耦合,耦合效率高达79%,输出功率达10.17 W,光纤端面功率密度达1.0×105W/cm2.     

射频溅射AIN膜的材料性能及其在光电器件上的应用研究

本文描述了采用JS-450D型射频溅射设备,在GaAs衬底上获得了AIN薄膜。对这种膜在H_2、N_2中不同温度下退火实验,分析了热处理对膜绝缘特性、腐蚀特性和光学特性的影响。利用AIN膜来保护光电器件、提高激光器和发光管的功率、降低激光器的阈值电流等作了工艺探讨。实验发现:利用端面镀膜技术,在LED前端面溅上一层AIN(厚为λ/4n,λ为LED发光波长,n是AIN膜的折射率)后,其P-I曲线明显地变化,发光管的功率平均提高了69％(I=100mA)。     

GaAlAs/ GaAs 半导体功率放大激光器的研究

研究一种GaAlAs/ GaAs 材料的高功率半导体功率放大激光器(LD - SLA) 。器件为双 异质结增异导引氧化物条形结构。采用直接耦合方式将半导体激光器(LD) 与半导体功率放大器(SLA) 集成一体,使单管芯输出光功率提高一个数量级。并在器件端面镀高反射膜和增透膜,使器件端面的反射率和透射率由不镀膜时的29 %、71 %提高到90 %以上,进一步提高激光输出。保护器件端面、提高器件使用寿命     

GaAlAs/ GaAs 半导体功率放大激光器的研究

研究一种GaAlAs／GaAs材料的高功率半导体功率放大激光器(LD—SLA)。器件为双异质结增异导引氧化物条形结构。采用直接耦合方式将半导体激光器(LD)与半导体功率放大器(SLA)集成一体，使单管芯输出光功率提高一个数量级。并在器件端面镀高反射膜和增透膜，使器件端面的反射率和透射率由不镀膜时的29％、71％提高到90％以上，进一步提高激光输出。保护器件端面、提高器件使用寿命。     

980 nm半导体激光器腔面膜与腔面光学灾变的改善

腔面光学灾变(COD)是影响半导体激光器高功率输出和可靠性的重要问题。不同腔面膜的器件,其腔面光学灾变阈值差别很大。使用离子辅助沉积(IBAD)的工艺可以使基片表面更清洁,膜层更为牢固致密,同时可以改善由吸收、散射等损耗带来的激光输出功率下降。采取N2氛围中在激光器的腔面上涂镀不同的增透膜与介质高反膜来提高腔面光学灾变阈值。 以980 nm半导体激光器为例,进行对比实验,从老化结果中可以看到不同工艺与不同材料选择下腔面膜的腔面光学灾变的明显改善。     

1064 nm光纤端面激光减反射膜的研制

针对导弹探测制导光源的特殊应用,通过对材料的选择、膜系的设计和工艺参数的优化,采用电子束真空镀膜及离子辅助沉积的方法,成功的在光纤端面为50μm的口径上镀制减反射膜。研究了膜层的应力匹配和低温镀膜时膜层的牢固性,并给出了光纤端面测试前后结果的实例对比图和曲线。在以YAG激光器为光源的系统中,当激光器的工作电流为2000 mA时,光纤的输出功率比未镀膜时提高了5%,能够承受激光光源的照射和恶劣的环境测试,达到了使用要求。     

大功率半导体激光器贴片层空洞热效应影响

随着输出功率、转换效率、可靠性和制造工艺的提高以及成本的降低,大功率半导体激光器越来越广泛地应用于许多新的领域。大部分商业化销售的半导体激光器阵列/巴条是用铟作为焊料封装的。然而,在半导体激光器封装过程中不可避免地会在贴片层形成一些小空洞,这些小空洞在铟的电迁移和电热迁移作用下逐渐变大,这将导致芯片贴片层形成大量的空洞,造成芯片局部温度迅速上升。针对808 nm连续波40 W传导制冷单巴条半导体激光器阵列,系统地分析了半导体激光器贴片层空洞对发光点温度的影响以及贴片层内不同位置不同尺寸的空洞对发光点温升的影响,得到了发光点温升与空洞尺寸间的关系曲线。提出了利用空洞与发光点温度的关系及空间光谱来估算贴片层的空洞分布的方法,并将估算结果与实验测得的贴片层扫描声学显微图像进行了对比。     

LD端面抽运掺Yb3+双包层光纤激光器自脉动行为的实验研究

本文对连续波半导体激光器端面抽运的Fabry-Perot腔掺Yb3 双包层光纤激光器的自脉动输出行为进行了研究．发现低Q值腔光纤激光器具有两种形式的自脉动输出，一种是饱和吸收被动调Q产生的自脉冲,另一种是与光纤中的受激Raman散射(SRS)效应相对应的阵发性巨脉冲．通过提高光纤激光器谐振腔的Q值并选择合适的抽运功率，可以有效地减小输出功率的自脉动，获得稳定的连续波激光输出．     

带非吸收窗口的大功率657 nm半导体激光器

在激光器腔面处制作非吸收窗口(NAW)可以有效地减少光吸收,防止激光器过早出现光学灾变损伤(COD),是提高大功率半导体激光器的功率特性的重要手段之一.采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术二次外延生长了大功率657 nm红光半导体激光器结构,通过闭管扩散Zn的方法在腔面附近制作了非吸收窗口.实验发现扩散温度550 ℃,扩散时间[20 min时,得到的非吸收窗口最为有效,激光器连续工作的无扭折输出功率大于100 mW,超过常规的无窗口结构激光器的最大输出功率的两倍,激光器的斜率效率提高了23%.测量该类器件的温度特性发现,环境温度为20～70 ℃时,其输出功率均可大于50 mW,计算得到激光器的特征温度约为89 K,波长增加率约为[0.24 nm/℃.     

一种高效率的1060 nm半导体激光器设计

设计了一种高效的1060 nm大功率半导体激光器,该激光器包含有源层、波导层和光限制层。其中有源层采用InGaAs/GaAs量子阱（QW）结构,将该层控制在临界厚度范围内,提高腔内量子效率;波导层采用非故意掺杂GaAs材料非对称大光学腔结构,减小空腔损耗;光限制层采用掺杂的Al0.25Ga0.75As材料形成线性的过渡,以减小串联电阻。应用MOCVD对器件结构进行优化,外延,制作和封装测试,获得功率效率为47.4％的1060 nm半导体激光器。实验结果表明,腔内量子效率达到98.57％,腔损仅为0.273 cm-1。在室温下,QCW脉冲条件下制备的器件具有4 mm腔长和100μm条宽的器件,效率达到47.4％,峰值波长为1059.4 nm。     

提高超大光腔波导结构半导体激光器功率效率的设计考虑

对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层,以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏,调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm^-1,内部量子效率为0.954,远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计,提出了沿谐振腔线性电流分布结构,以减少空间烧孔效应,这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片,在25°C连续电流注入下,21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。