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。     

浅面浮雕矩形台面垂直腔面发射半导体激光器

为实现垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)大功率窄线宽输出,设计了浅面浮雕矩形台面结构的垂直腔面发射激光器(SR VCSEL)。电流密度分布会影响模式的分布,模拟结果表明,矩形台面VCSEL相比于圆形台面VCSEL,在有源区面积增大的情况下,电流密度分布不变。在矩形台面VCSEL出光孔表面刻蚀浅面浮雕后,高阶模式比基模的阈值增益的变化大,基模对高阶模式的抑制增强。理论结果表明,矩形浅面浮雕结构的VCSEL能够实现对高阶模式的抑制,测试结果得到连续输出为5.87mW,光谱宽度为0.1nm,功率偏振度为10,横向模式抑制比超过30dB的窄线宽输出。     

应用于VCSEL的宽角度光束控制非周期性高对比度光栅阵列（英文）

设计了特定周期和占空比的非周期性高对比度光栅来实现光束的波前相位控制,进而实现对光束的多角度控制.在研究中,采用有限时域差分法模拟了特殊排列的非周期高对比度光栅,并获得了-10.644°,-21.176°,-28.307°,10.644°,21.447°和28.418°的光束控制角度.基于这种多角度控制的高对比度光栅阵列,提出了一种具有多角度光束控制的VCSEL光源,这种尺寸极小的宽角发射VCSEL光源系统能使激光雷达系统的结构紧凑化和微型化.     

基于半导体激光合束技术的高效点火光源研究

随着半导体激光技术的快速发展,以半导体激光为核心光源的激光点火技术得到越来越广泛的应用。本文开展了高效激光点火光源的研究,设计出一种单光纤双波长输出的光学结构,将高功率976 nm点火激光和低功率1310 nm检测激光通过空间合束以及波长合束技术耦合到芯径为105μm,数值孔径(NA)为0.22的光纤中,获得了输出功率大于10 W的976 nm点火激光以及输出功率大于1 m W的1310 nm检测激光,其中高功率点火激光的耦合效率超过90%;通过自聚焦透镜对出纤激光进行光束整形,与自由输出光束相比,整形后出射光斑发散角减小了,入射到点火药剂上的光功率密度增大了,点火效率提高了。实验结果表明,所设计的分光镜膜系以及光路结构可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检,满足该领域对于点火光源高效率、高可靠性的应用要求。     

8寸CMP设备对小尺寸镀铜InP晶圆的工艺开发

为了实现在8寸化学机械抛光设备上进行小尺寸镀铜InP晶圆的减薄抛光工作,提高设备的兼容性,缩减工艺步骤,减少过多操作导致InP晶圆出现裂纹暗伤和表面颗粒增加等问题,自制特殊模具,使小尺寸InP晶圆在8寸化学机械抛光设备上进行加工,再根据InP晶圆易碎的缺陷问题,通过调整设备的抛光头压力、转速和抛光垫的转速等相关工艺参数,使其满足后续键合工艺的相关需求。实验结果表明：在使用特殊模具下,当抛光头的压力调整为20.684 kPa、抛光头与抛光垫的转速分别为：93 r/min和87 r/min时,InP晶圆的表面粗糙度达到：Ra≤1 nm;表面铜层的去除速率达到3 857×10-10/min;后续与8寸晶圆的键合避免键合位置出现空洞等缺陷,实现2寸InP晶圆在8寸设备上的CMP工艺,大大降低了CMP工艺成本,同时避免晶圆在转移过程中出现表面颗粒度增加和划伤的情况,实现了InP晶圆与Si晶圆的异质键合及Cu互连工艺。     

LD抽运Nd:YAG/Nd:YVO4腔内和频500.9nm激光器

报道了一种采用复合腔进行腔内和频的500.9nm激光器。激光器由两个子谐振腔组成。在两个子谐振腔中,分别利用两个激光二极管抽运Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体,并分别选择946nm波长与1064nm波长振荡进行和频。采用双端复合Nd:YAG晶体以减小高功率下激光晶体的热透镜效应,并结合热效应对高功率抽运下谐振腔进行优化设计,实现了腔内两个波长较好的模式匹配。在两个子腔的交叠部分,利用KTP晶体Ⅱ类临界相位匹配进行腔内和频,得到和频激光输出。当Nd:YAG与Nd:YVO4晶体上抽运功率分别为10.6 W和17.8 W时,获得了730mW的500.9nm青绿光激光输出,光-光转换效率为2.6%。实验结果和分析表明,利用复合腔和频是获得500.9nm激光输出的有效方法。     

反射各向异性谱在线监测852nm半导体激光器AlGaInAs/AlGaAs量子阱的MOCVD外延生长

研究了生长温度和中断时间对AlGaInAs/AlGaAs量子阱外延质量的影响,并使用金属有机化合物汽相沉积(MOCVD)外延生长了AlGaInAs/AlGaAs量子阱和852nm半导体激光器。通过使用反射各向异性谱(RAS)和光致发光谱在线监测和研究了AlGaInAs/AlGaAs界面的外延质量。研究结果表明高温生长可以导致从AlGaInAs量子阱层到AlGaAs势垒层的In析出现象。通过优化生长温度和在AlGaInAs/AlGaAs界面处使用中断时间,可以有效抑制In析出,从而获得AlGaInAs/AlGaAs陡峭界面。使用优化后的外延生长条件,外延生长了整个852nm半导体激光器,使用RAS在线监测了激光器的外延生长过程,可以有效地分辨出不同外延层和生长阶段。     

780nm波段低填充因子半导体激光器列阵的光束质量研究

为了获得高功率高光束质量激光输出,设计并制备了一种780 nm波段5发光单元列阵器件,其采用10μm宽窄条形波导,各发光单元中心间距为100 μm,填充因子仅为10％.在准连续注入电流由1.2A增加到2.5A条件下,该器件的输出光束侧向光学参量积由0.666 mm·mrad增加至0.782 mm·mrad.注入电流为2.5A时,该器件实现了单边准连续506 mW的高光束质量激光输出.     

大功率VCSEL器件的空间相干性的研究（英文）

由Van Cittert-Zernike提出的部分相干光定理出发,研究了大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其列阵器件的空间相干特性。采用杨氏双缝干涉实验装置得到980nm波段VCSEL单管器件的干涉条纹图样,再将干涉图样转换进行灰度读取处理得到光强分布图样,最后分别采用积分法和平均值法对光强图样进行计算,所得结果与由Van Cittert-Zernike定理所得的空间相干度理论值进行对比,并讨论了VCSEL器件发光孔径对其空间相干度的影响。实验结果表明提出的积分法计算出的空间相干度与理论值的误差在2.5%37.4%。而常用的平均值法所得结果与理论值的误差为7.5%120.5%。可见,传统算法误差普遍大于积分算法1.527倍。出光孔径在200500μm的单管VCSEL器件相干度在0.731~0.426之间,且发光孔径越小,其相干度越大。分析了积分平均值法和传统平均值法的优劣及VCSEL器件出光孔径对相干特性的影响,为VCSEL相干列阵的设计提供了必要的理论和实验依据。     

外部光反馈半导体激光器的结构优化研究

通过构建外部光反馈半导体激光器的理论模型,并结合激光器速率方程和噪声理论,讨论并优化了增益芯片和光纤光栅外腔各参数在不同电流下对器件频率噪声和相对强度噪声的影响.模拟结果表明:通过改变电流并对有源区尺寸、光纤光栅结构和耦合效率等参数的调整,在理论上可以将器件的频率噪声降低5×108 Hz左右,相对强度噪声降低8 dB/Hz左右.该研究将为低噪声、窄线宽外部光反馈激光器的实验研究提供理论指导,同时也对其他结构的外腔激光器噪声特性的研究有着借鉴意义.