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。     

无吸收模式滤波结构高亮度大功率宽条形半导体激光器

提升宽条形半导体激光器水平方向激射光输出的光束质量,改善宽条形半导体激光器的工作特性,一直是大功率、高亮度宽条形半导体激光器器件工艺研究的难点.基于激射光在无源波导内的衍射原理制备宽条形半导体激光器的模式滤波结构,利用AlxNy绝缘介质薄膜应力使基底半导体材料带隙变化的原理制备无吸收无源波导.将两者结合,设计制备了带有...     

808 nm大功率无铝有源区非对称波导结构激光器

采用分别限制非对称波导结构,将光场从对称分布变为非对称分布,降低了载流子光吸收损耗,并允许p型区具有更高的掺杂水平,从而使器件电阻降低.对GaAsP/GaInP张应变单量子阱(SQW)非对称波导结构激光器的光场特性进行了理论分析,设计了波导层厚度,并制作了波长为808 nm的无铝有源区大功率半导体激光器.器件综合特性测试结果为:腔长900μm器件的阈值电流密度典型值为400 A/cm2,内损耗低至1.0 cm-1;连续工作条件下,150μm条宽器件输出功率达到6 W,最大斜率效率为1.25 W/A.器件激射波长为807.5 nm,平行和垂直结的发散角分别为3.0°和34.8°.20~70℃范围内特征温度达到133 K.结果表明,分别限制非对称波导结构是降低内损耗,提高大功率半导体激光器特性的有效措施.     

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%.     

大功率量子阱远结半导体激光器

通过将下波导层掺杂为ｐ型,使半导体激光器的有源区与ｐｎ结分离,制作了大功率远结半导体激光器。该器件在老化期间表现出输出功率变大的趋势。理论分析表明,远结半导体激光器特殊的外延结构,决定了器件的阈值比正常器件的高,但是阈值受温度的影响较小,并且器件的退化机制转变为ｐｎ结的退化,这对于制作高可靠性、长寿命、低温度敏感性的半导体激光器具有重要意义。     

940nm大功率半导体激光器后工艺优化

波长为940nm的大功率半导体激光器是基于Yb∶YAG激光器的重要泵浦光源。为了制备高输出功率的940nm半导体激光器,基于非对称超大光腔波导外延结构,对芯片后制备工艺进行了优化。在芯片的侧向,引入了隔离双沟结构,以实现对侧向电流扩展的有效抑制,从而提高器件的性能。通过优化双沟的间距和深度,并结合长腔长结构,制备的940nm半导体激光器在室温且未采取任何主动散热的条件下,最高出光功率达到20.3W。     

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.     

980nm大功率半导体激光器的MOCVD外延生长条件优化

为了对980 nm大功率半导体激光器的波导层和有源层外延材料进行快速表征,设计了相应的双异质结(DH)结构和量子阱(QW)结构,并在不同条件下进行了MOCVD外延生长,通过室温荧光谱测试分析,得到Alo.1Ga0.9As波导层的最佳生长温度为675℃,InGaAs QW的最佳长温度为575℃.为了兼顾波导层需高温生长和QW层需低温生长的需求,提出在InGaAsQW附近引入Alo.1Gao.9As薄间隔层的变温停顿生长方法,通过优化间隔层的厚度,InGaAs QW在室温下的PL谱的峰值半高宽只有23 meV.基于优化的外延工艺参数,进行了980 nm大功率半导体激光器的外延生长,并制备了腔长4 mm、条宽95 μm的脊形器件.结果显示,在没有采取任何主动散热情况下,器件在30A注入电流下仍未出现腔面灾变损伤,输出功率达到23.6W.     

国外几种新型半导体激光器的研制动态

一、引言随着半导体激光器应用领域的不断扩大,国外各种新型半导体激光器也相应得到了迅速发展。新结构、高性能的器件层出不穷。本文就国外近两年来几种新型半导体激光器——大功率半导体激光器、单模激光器、可见光激光器、量子阱激光器和解理耦合腔激光器的研制状况、发展水平以及未来趋势作一介绍。     

980nm大功率基横模分布反馈激光器

980 nm波段的大功率半导体激光器作为抽运源有很重要的应用,但目前该类器件存在光束质量差和谱宽较宽的问题,影响其抽运效率和稳定性。为提高大功率半导体激光器的抽运效率,就要减小其光谱宽度,提升光束质量。而大功率基横模分布反馈激光器(DFB)通过在器件内部引入分布反馈光栅可以实现窄线宽激光的波长稳定输出,并通过优化脊型波导条件来实现基横模模式输出,提升光束质量。测试该器件的光电特性,1000μm腔长器件的阈值电流约为6 m A,斜率效率为0.71 W/A,最大稳定输出功率为130 m W。该激光器的波长随温度漂移系数为0.064 nm/K;对其远场发散角进行测量,得到快轴发散角为34°,慢轴发散角为6.3°。     

Compact solid-state waveguide lasers

Glass waveguide lasers will fill an important niche as optical sources in communication, RF photonics, and optical metrology. This is primarily because waveguide lasers benefit from compact size, low noise, relatively high output powers, long upper-state lifetimes, and simple integration with optical-fiber-based systems. Although we do not expect waveguide lasers and amplifiers to ever supplant fiber and semiconductor lasers and amplifiers in every possible communications application, waveguide lasers have a number of advantages over traditional lasers for these uses. Single-frequency waveguide lasers provide narrow linewidth and high output power in a compact, monolithic package. The narrow linewidth is an important advantage over standard semiconductor lasers, and the compact size makes single-frequency waveguide lasers better suited than fiber lasers or extended-cavity semiconductor lasers for many applications.     

高功率14xxnm半导体激光器

高功率14xxnm半导体激光器是光纤Raman放大器的理想泵浦源,它能够提供大功率、宽带输出,而且其动态可调谐,频率稳定性好,成本低。本文详细介绍了高功率14xxnm半导体激光器的材料生长、器件结构和封装工艺,总结了AlGaInAs材料生长的难点和结构方面的改进措施,指出了带有锥形增益区的脊形波导结构是获取高功率、良好远场单模特性的有效途径。本文还报导了国内外高功率14xxnm半导体激光器的最新产品性能和研发状况,指出了国内进一步研制高功率14xxnm激光器的研究难点和重点。     

波导结构对905 nm隧道结级联半导体激光器的光束质量和功率的影响

近年来,激光雷达应用对探测距离和灵敏度提出了更高的要求。905 nm半导体激光器作为其理想光源也亟待提升峰值功率与光束质量。在这个背景下,基于非对称大光腔结构研究了不同增益区类型和波导结构对905 nm隧道结脉冲半导体激光器的光束质量和功率效率的影响。通过优化增益区类型和波导结构降低了体电阻和内损耗;增强了限制载流子泄露的能力,提高了器件在高电流下工作的峰值功率和电光效率;通过提高高阶模对基模的阈值增益比值,抑制高阶模式激射,降低了远场发散角。在此基础上,研制的800 μm腔长、200 μm条宽的四有源区半导体激光器在100 ns脉冲宽度、1 kHz重复频率的脉冲功率测试中,41.6 A的脉冲电流强度下实现了峰值功率输出177 W;垂直于PN结方向单模激射,远场发散角半高全宽为24.3°。     

大功率半导体激光器最新研究进展

大功率半导体激光器在军事领域和工业领域有着广泛的应用.综述了大功率半导体激光器最新研究进展,着重于在提高可靠性、提高功率转换效率、波长稳定、拓展波长范围等方面所取得的进步,并对目前大功率半导体激光器在材料加工领域中的直接应用进行了介绍,并展望了其发展趋势.     

电导数测试用于大功率半导体激光器的快速筛选

对氧化物条型ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ大功率量子阱激光器的电导数曲线及其参数与器件可靠性之间的相关性进行了讨论,指出ｍ,ｈ,ｂ参数可以评价器件质量和可靠性。实验结果表明电导数测试是大功率半导体激光器快速筛选的新方法。     

漏光波导机制四元系半导体激光器

给出了漏光波导机制在四元系长波长半导体激光器中的一个应用实例。从理论上证明了漏光波导机制在四元系半导体材料中应用的可行性,并设计了相应结构的激光器件;然后由LPE技术获得这一器件。实践证明,理论和实验结果符合得很好。     

布拉格反射波导光子晶体宽光谱量子阱激光器

半导体宽谱激光在传感、光谱学等领域有着重要的应用.传统半导体宽谱激光器主要采用宽增益材料和全反射波导,采用简单量子阱结构制备宽谱激光器一直是个难题.作者首次证明了一种基于布拉格反射波导一维光子晶体的新型量子阱宽谱激光器,其结构主要包括In Ga As/Ga As量子阱和上下布拉格反射镜,通过偏离解理实现激光输出.研究发现在偏离角7°时,器件展现宽谱超辐射发光二极管特性,4.4°偏离角时实现了宽光谱激光输出,光谱宽度达到33.7 nm,连续输出功率36 m W.本研究为探索新型量子阱宽谱激光器提出了一种新的技术途径.     

Tunable sampled-grating DBR lasers with integrated wavelengthmonitors

We report on the design and development of a wavelength monitor for use with tunable semiconductor lasers. The device is based on two-mode interference in an asymmetrically excited waveguide that is coupled to a Y-branch splitter. The monitoring range of the device is 30 nm. The wavelength monitor is capable of operating over an input power range of 34 dB, and the waveguide detectors do not saturate at photocurrents as high as 1.2 mA. The sensitivity of the monitor is only 1.24 nm for an isolated device, but improves to 0.44 nm when it is integrated on chip with the laser     

大功率半导体激光器高可靠烧结技术研究

近几年大功率半导体激光器的应用领域越来越广,许多应用领域都要求半导体激光器能够高可靠性工作.工作焊接质量直接影响着大功率半导体激光器的可靠性,焊接缺陷会导致激光器迅速退化.目前国内普遍采用的铟焊料和锡铅焊料都是软焊料,焊层有形成晶须和热疲劳等可靠性问题.为提高烧结可靠性,采用了金锡焊料烧结激光器新技术.金锡焊料是硬焊料,焊接强度高,抗疲劳性好,对金层无浸蚀现象.通过实验研究掌握了金锡焊料的制备和烧结技术,并与铟焊料、锡铅焊料进行了对比实验.实验结果显示采用金锡焊料烧结激光器可获得更好的性能,是提高半导体激光器可靠性的有效途径.