大功率短脉冲VCSELs的特性研究

研究了大功率短脉冲垂直腔表面发射激光器(VCSELs)出光孔径分别为400μm,600μm的980nm倒封装底发射VCSELs的脉冲特性,通过测试脉冲电流源产生的电脉冲的波形曲线以及产生的光脉冲的脉冲响应曲线,得到脉冲峰值功率与输入电流的P-I曲线,600μm直径的VCSELs在脉冲宽度为60ns,重复频率为1kHz时,得到超过20W的峰值输出功率;激射波长为976.6nm,器件的光谱半高宽(FWHM)为0.9nm.     

VCSELs输出功率取得重大突破

美国Photonics Spectra杂志2007年7月号报道了Princeton Optronics Inc．的VCSELs（垂直腔面发射激光器）在输出功率方面的重大突破，展现了用作固体激光器泵浦源的光明前景。目前，一个VCSEL的二维阵列，连续输出超过230W，功率密度1kW／cm^2（芯片面积0．22cm^2）；准连续输出达100W，室温工作，脉宽100μs，占空比0．3％，功率密度3．5kW／cm^2。     

VCSELs与EELs多模弛豫振荡的研究

根据多模速率方程,利用MATLAB提供的SIMULINK软件包对垂直腔面发射激光器(VCSELs)和边发射激光器(EELs)多模弛豫振荡进行了研究。结果表明,与单模情况相比,多模时EELs弛豫振荡频率增大、弛豫和延迟时间缩短,而VCSELs动态特性变化不大。与此同时,在得出VCSELs的单模工作、高速调制以及提高偏置电流或自发辐射因子可改善两类器件动态特性等结论外还看到,VCSELs边模抑制比(SMSR)随偏置电流变化率高于EELs;自发辐射因子增大时,边模强度同比例增大、主模强度减小,利用微腔效应有效控制自发辐射因子可以优化VCSELs的单模特性。     

VCSELs的时代正在来临

阐述了850nm垂直腔面发射激光器(VCSELs)在数据通信系统中目前的应用状况以及在其他领域中的应用前景，并重点介绍了Honeywell公司的最新实验结果和发展方向。     

基于VCSELs外光反馈干涉的微小振动测量研究

利用垂直腔面发射激光器(VCSELs)的外光反馈干涉技术推出微小振动测量数学模型,由此提出一种基于外腔VCSELs的微小振动测量系统,并对正弦波形式的微小振动进行了仿真测量.结果表明,该模型的测量误差比传统微小振动测量方法的误差下降了1～2个数量级;进一步得出,合理选取外光反馈强度可使误差达到最低且能直接判断待测物体的振动方向.     

基于对数关系的多量子阱VCSELs阈值特性研究

采用光增益与载流子浓度的对数关系，考虑到非辐射复合的影响，从理论上推导出多量子阱垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)的速率方程。讨论了阈值电流密度、最佳阱数等与器件参数(腔长和端面反射率)之间的依赖关系。为改善VCSELs阈值特性和优化器件结构提供了理论依据。     

多量子阱VCSELs阈值特性的分析

采用光增益与载流子浓度的对数关系,从理论上推导出量子阱垂直腔面发射半导体激光器的速率方程。比较了三维理想封闭腔与普通开腔中的特性曲线这将对于ＶＣＳＥＬｓ的理论研究和优化器件结构有所裨益。     

用max1978实现蝶形激光器的自动温度控制

光纤通信系统中,激光器的温度控制技术是一项关键技术,蝶形封装的DFB激光器由于其集成度高,其温度控制可以取得更高的稳定性.讨论了蝶形激光器基于maxim最新温控芯片max1978的温度控制技术,并对实际电路进行测试,其性能指标在同类产品中居于领先.     

降低VCSELs激射阈值途径的理论研究

针对量子阱有源层的结构特点，考虑增益和载流子浓度呈对数关系，建立量子陆垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）的速率方程，导出了阈值电流密度的解析表达式，运用MATLAB软件中Simulink可视化仿真系统对理论计算进行模拟仿真，研究了降低VCSEL激射阈值的3个基本途径；有源层选用量子阱实现微腔结构，腔面采取多层介质反射膜提高光腔反射率R：改进外延生长技术在降低各种损耗。     

椭圆偏振光注入下VCSELs的偏振开关特性研究

本文基于自旋反转模型,理论研究了椭圆偏振光注入下垂直腔面发射激光器(VCSELs)的偏振开关特性。研究结果表明:在X偏振模占主导的VCSELs中,采用椭圆偏振光注入时,随着注入偏转角度θ的增大,VCSELs发生偏振开关所需的最小注入系数(ηin min)值将呈现减小的趋势;当注入偏转角度θ值固定时,随着注入光与VCSELs中心频率之间的频率失谐量从负值变化到正值,ηin min值总体呈现出先减小后增大的趋势,而ηin min的极小值出现在了注入光的频率靠近VCSELs的Y偏振模频率的附近。因此,改变注入偏转角度及注入频率失谐量均可以实现对VCSELs的偏振开关的有效调控。     

用于工业气体在线测量的VCSEL恒流驱动电路设计

设计了一种应用于工业气体在线测量的垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)恒流驱动电路.阐述了该恒流驱动电路的组成和工作原理,设计了延时和调制功能,可以安全稳定驱动VCSEL.以测量氧气的VCSEL为例,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术对不同浓度的氧气进行测量,得到了较好的拟合系数,验证了驱动电路对VCSEL输出波长控制的稳定性,因此这种恒流驱动电路具有实际应用到工业气体监测中的潜力.     

DFB激光器饱和吸收稳频的精密温控系统设计

相对于外腔半导体激光器,分布式反馈(Distributed Feedback Laser,DFB)激光器的温调率较高,为实现饱和吸收稳频,需要对激光器温度进行精密控制。分析了饱和吸收稳频系统的控温需求,基于MAX1978芯片设计了精密温控系统；利用恒流源对测温电桥电路进行了线性优化,利用遗传算法对模拟PID电路参数进行快速整定,系统最终实现0.2mK的控温稳定度,比同类设计的稳定度高1~2个数量级,解决了饱和吸收谱线明显晃动的问题,具有广阔的应用前景。     

基于MAX1978的非致冷红外焦平面温度控制系统

温度不稳定是影响非致冷红外焦平面探测器性能的重要因素之一。设计了一种基于MAX1978的温度控制系统。该系统采用闭环控制结构,通过外部PID补偿网络控制驱动TEC模块,实现了对探测器温度的控制。实验结果表明,该系统能够有效地对焦平面温度进行控制,其精度可达到0.06℃。     

一种厚膜混合集成结构的温度控制电路

为了实现小体积、高可靠性的温度控制,设计了一种厚膜混合集成的温度控制电路,它通过控制热电致冷器（TEC）电流的方向和大小,将激光器管芯的温度控制在一个恒定的值上,实现了稳定激光器波长、控制波长精度、提高光纤陀螺的精确度和稳定度的目的。电路采用厚膜工艺制造,全裸芯片和表面贴装元件组装,缩小了体积,提高了可靠性。经实际应用,该电路不仅安全可靠地实现了温度控制功能,而且能在恶劣的使用环境下安全工作,适合军、民两用;     

高功率VCSEL中应变补偿量子阱的理论设计

利用模型固体理论、k.p理论和Pikus-Bir理论,研究了InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱,得出了较为简单通用的设计方法;进而研究了阱宽、InGaAs中In组分和GaAsP中P组分等参数对跃迁波长的影响.理论计算发现,与InGaAs/GaAs普通量子阱相比,InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱能提供更深的载流子阱和更大的增益.按照提出的理论设计方法,研制了含InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱的垂直腔面发射激光器(VCSEL),理论计算和实验结果相吻合.     

一种半导体激光器的精密温度控制电路

为了使半导体激光器(Laser Diode,LD)输出稳定的波长,必须精确控制对其特性影响很大的工作温度。以单片机为控制核心,采用高精度的负温度系数热敏电阻(Negative Temperature Coefficient resistance,NTC)结合半导体制冷器(Thermal Electronic Cooler,TEC)的方案,对TEC的驱动采用脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)方式和“H”桥式电路来实现,研制了一种对2A电流的半导体激光器进行精密温度控制的电路,控制精度可达±0.1℃。     

变压器隔离式高精度陀螺仪表直流温控系统

液浮陀螺仪表对温度十分敏感,采用高精度温控系统能有效改善和提高液浮陀螺仪表的性能指标,为此,研制了一种变压器隔离式高精度陀螺仪表直流温控系统：该系统采用温度采集电路控制调压电路(即DC-DC电源变换电路)的输出直流电压(即加温电压)的特性,以实现温控功能,温控精度高达0.004℃。试验证明该方法可行。     

垂直腔面发射激光器光场数值解的打靶法

利用传输矩阵法得到了垂直腔面发射激光器（VCSELs）内部光场应满足的本征方程，并通过打靶法对方程进行了求解。数值结果表明，该方法具有求解速度快和精度高的优点。用该方法模拟分析了有源区两侧GaAs垒层的厚度及spacer层中的Al组份对阈值增益、光限制因子和共振波长的影响。     

互注入VCSEL非线性及同步特性的理论研究

考虑到瓦注入耦合特有的非线性效应,建立了互注入式垂直腔面发射激光器（VCSEL）的理论模型,推导了系统注入锁定范围的解析表达式,理论研究了互注入的同步类型以及注入延时对系统非线性行为的影响。结果表明：在激光器参数相同的理想情况下,系统能实现完全同步,此时注入延时会影响VCSEL的运行状态;当存在参数偏差或噪声时,系统能实现延时同步,此时注入延时对同步质量的影响呈阶梯状。仿真结果验证了所推导的锁定范围表达式的正确性,发现注入锁定范围与注入量的平方根成难比。     

氧化孔径对高功率垂直腔面发射激光器温升的影响

为了在制作垂直腔面发射激光器(VCSEL)时选择合适的氧化孔径尺寸,以获得较好的光束质量和较高的输出功率,对具有不同氧化孔径的单管器件的热特性进行了实验研究。通过控制氧化时间,制作了氧化孔径分别为415、386、316μm的单管器件,台面直径和P型接触电极直径均为450μm和400μm。针对3种器件在室温连续工作条件下不同的输出特性,对它们的热阻进行了实验测量,发现氧化孔径越小时器件热阻越大。通过对比电流、波长及温度的关系,得到了由电流引起的自热效应给3种器件带来的温升情况。注入电流为1A时,氧化孔径为415μm的器件温度为32.4℃,氧化孔径为386μm的器件温度为35.2℃,氧化孔径为316μm时,器件的温度高达76.4℃。