横模可控的具有缓冲层和平凸波导(BL-PCW)结构的1.5μm范围的InGaAsP/InP激光器

解析地研究了一种改进的平凸波导结构并成功地应用于1.5～1.6μm波长范围的InGaAsP/InP激光器以实现稳定的横模工作。这些激光器的结构特点是有源层与上包层之间有一标准缓冲层,而有源层与衬底之间具有一厚度不同的波导层。这种结构的理论分析表明:在一定沟道深度下,增加缓冲层的厚度会使基横模工作所允许的衬底沟道最大宽度变得更大。分析结果还证明当缓冲层厚度从0.1μm增至0.3μm时,有源层中的光学限制因子会有所减小。用液相外延制作了具有缓冲层和平凸波导的1.5μm激光器。这些激光器直到I=2I_(th)还是基横模工作。直流阈值电流为100～300mA单面微分量子效率为10～15％。25℃下,实现了2000小时的长时间连续波工作。     

GaAs基量子级联激光器材料结构设计的进展

GaAs基量子级联激光器的出现,在器件的设计制作和处理工艺上开辟了有意义的前景。本文概述了近年来GaAs基量子级联激光器在波导核心层、波导以及光学谐振腔方面设计的原理、进展,并介绍了一些新颖的结构。     

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。     

1.55-μm InGaAsP/InP基大功率半导体激光器的优化与制作

本文对1.55-μm InGaAsP/InP基大功率宽接触激光器进行了系统的设计优化,目的在于减小内部损耗的同时增大内量子效率,最终实现大功率输出。制作并深入分析了四种不同波导结构的宽接触激光器。通过理论分析和实验验证,表明梯度波导和薄的上波导限制层结构会产生高的内量子效率和输出斜率。最终1mm腔长,50μm条宽的未镀膜宽接触激光器获得了160mW的单边输出功率。     

1.3μm波段单横模大功率输出量子点激光器

为了制备大功率、单横模输出的量子点激光器,对有源多模干涉波导结构进行了研究。通过优化器件结构设计,采用1×1型有源多模干涉波导结构,以均匀多层InAs/InGaAs/GaAs量子点材料作为有源区,制备了1.3μm波段的有源多模干涉结构量子点激光器。连续电流注入条件下的测试结果表明,与传统的均匀波导结构器件相比,有源多模干涉结构器件具有更低的串联电阻和更好的散热性能;在连续电流为0.5A的小注入情况下,器件的输出功率可达114mW、中心波长为1332nm。结果表明,有源多模干涉结构器件是制备大功率、单横模输出光发射器件的一种有效的器件结构。     

防御和安全用新型中波红外激光源

采用一种新型非谐振能量提取设计方法设计了用于4．6μm光发射的应变平衡InP基量子级联激光结构，该结构通过分子束外延生长。目前用于大多数结构设计的限制双声子谐振条件的消除允许对影响激光性能的几种结构参数同时优化。随着生长，结构被加工成嵌入式异质结激光器。该装置在293K的最大单端连续波光功率可达到3W，对应的靶条尺寸为5mm×11．6μm。相应的最大插头效率和阈值电流密度分别为12．7％和0．86kA/cm^2。相同有源区／波导设计并增加激光芯掺杂的全封装空气制冷激光器可以发出近2．2W的准直光束。装置集成的高性能和高水平使这些量子级联激光器成为了不同防御应用的首选，包括定向红外对抗、红外照明／目标指示和自由空间光学通讯。     

大功率宽面808nm GaAsP/AlGaAs量子阱激光器分别限制结构设计

本文对有源区条宽100μm的GaAsP/AlGaAs 808nm量子阱激光器分别限制结构进行了理论分析和设计.选取了三种情况的波导层和限制层的铝组分,分别计算和分析了波导层厚度与激光器光限制因子、最大出光功率、垂直发散角和阈值电流密度的函数关系.根据计算结果可知:当波导层和限制层铝组分为0.4和0.5时,采用窄波导结构可以获得器件的最大输出功率为11.2W,发散角为19°,阈值电流密度为266A/cm2;采用宽波导结构可以得到器件的最大输出功率为9.4W,发散角为32°,阈值电流密度为239A/cm2.     

大功率宽面808nm GaAsP/AlGaAs量子阱激光器分别限制结构设计

本文对有源区条宽100μm的GaAsP/AlGaAs 808nm量子阱激光器分别限制结构进行了理论分析和设计.选取了三种情况的波导层和限制层的铝组分,分别计算和分析了波导层厚度与激光器光限制因子、最大出光功率、垂直发散角和阈值电流密度的函数关系.根据计算结果可知:当波导层和限制层铝组分为0.4和0.5时,采用窄波导结构可以获得器件的最大输出功率为11.2W,发散角为19°,阈值电流密度为266A/cm2;采用宽波导结构可以得到器件的最大输出功率为9.4W,发散角为32°,阈值电流密度为239A/cm2.     

基于多模干涉波导结构的90°光混频器设计与制作

设计并制作了一种基于多模干涉波导(MMI)结构的InP基90°光混频器芯片,该芯片的波导层材料为InGaAsP,包层和衬底材料为InP,芯片的单模波导宽度设计为2.6μm,多模干涉波导的长度和宽度分别设计为844和20μm。采用三维光束传播法(3D BPM),仿真分析了波导材料折射率、厚度、宽度和长度的工艺误差容限,仿真结果表明在1 535～1 565 nm波长范围内所设计的光混频器芯片的净插入损耗小于1 dB,相位偏差小于±5°。实验测试结果与仿真结果一致。     

1.3μm波段单横模大功率输出量子点激光器

为了制备大功率、单横模输出的量子点激光器,对有源多模干涉波导结构进行了研究。通过优化器件结构设计,采用1×1型有源多模干涉波导结构,以均匀多层InAs/InGaAs/GaAs量子点材料作为有源区,制备了1.3μm波段的有源多模干涉结构量子点激光器。连续电流注入条件下的测试结果表明,与传统的均匀波导结构器件相比,有源多模干涉结构器件具有更低的串联电阻和更好的散热性能;在连续电流为0.5A的小注入情况下,器件的输出功率可达114mW、中心波长为1332nm。结果表明,有源多模干涉结构器件是制备大功率、单横模输出光发射器件的一种有效的器件结构。