双有源区隧道再生半导体激光器温度场分布研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型,分析了三种封装方式对芯片内部温度分布的影响;模拟结果表明加电后几微秒的时间内,芯片内温度场分布主要由隧道再生结构的热特性决定,与封装形式关系不大;在几微秒到几十或一百毫秒的时间范围内,有源区的温度上升很快;几百毫秒以后,器件温度达到稳态,有源区的平衡温度主要决定于载体的散热特性.稳态时靠近衬底的有源区温度高于靠近热沉的有源区的温度,但两有源区的温差很小,芯片内最高温度出现在靠近衬底有源区的脊形中心.     

隧道再生半导体激光器热弛豫积累过程研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型。利用有限元方法模拟计算得到了两有源区隧道再生半导体激光器在不同占空比下工作时的热弛豫积累过程。模拟结果表明,芯片达到平衡前的热弛豫积累时间和达到热平衡时的温度均随注入电流占空比的增加而增加,热弛豫积累时间小于200ms。芯片内部温度分布表明,靠近衬底的有源区温度略高于靠近热沉的有源区温度,但温度差较小,热效应造成的波长漂移不会造成双峰现象。实验测量了在相同的边界条件下,不同占空比下器件的峰值波长,将其转换为温升,与模拟结果吻合。     

隧道再生大功率半导体激光器瞬态热特性研究

讨论了隧道再生大功率半导体激光器内部的热源分布，利用有限元方法模拟计算了其在脉冲工作下的二维瞬态热分布，同时测量了不同时刻波长的漂移量并换算为温升值，与计算结果进行了比较，二者基本吻合。模拟结果还表明靠近衬底的有源区温度略高于靠近热沉的有源区温度；用金刚石一铜热沉替换铜热沉，还可以很好地降低器件内部温升，使隧道再生大功率半导体激光器能够高效工作。     

大功率半导体激光器阵列热特性分析

基于实际器件的材料和结构参数,利用ANSYS软件对泵浦用808 nm半导体激光器一维线阵列在连续及准连续驱动条件下的稳态及瞬态温度分布进行了模拟和分析,并采用纵模光谱法对稳态热阻进行了测量,实测与模拟结果基本吻合.     

列阵半导体激光器中的热传输特性

利用等效热注入假设推导出列阵半导体激光器热沉中湿度分布解析表达式,该式包括了影响列阵激光器温度分布的多种因素,如各激射区的宽度,腔长,条间距以及管芯在热沉上的位置,它比以往结果更符合实际情况.通过计算对影响列阵激光器的散热因素,从热特性角度改善其锁相特性,以及热散射角的大小等问题进行了讨论.     

增益与光强的相关系数对光栅外腔半导体激光器稳态特性的影响

本文引入增益与光强的相关系数h,建立了光栅外腔半导体激光器的稳态模型。数值计算结果表明:激光器的其它参数必须与h相匹配,才能使激光输出的稳定区增大,且可在一定波长范围内进行选频,保证很好的单模性。     

隧道带间级联双波长半导体激光器热特性模拟

介绍了隧道带间级联双波长半导体激光器的工作机理,分析了其热量产生的根源,利用有限单元法对热传导方程进行了数值计算,得到了其在脉冲工作下的二维瞬态热分布,结果表明：随着时间的变化,有源区温度逐渐升高,靠近衬底的有源区温度略高一些,这是由于其远离热沉的原因。同时计算了不同占空比下器件内部的温度变化趋势,结果表明随着占空比增大,器件内部热量会逐渐积累,对器件特性会产生影响。     

大功率半导体激光器阵列的稳态和瞬态热行为

大功率半导体激光器的应用日益广泛.随着激光器光功率的不断增加,其结温也在急速上升.激光器结温的升高不仪会导致寿命、斜率效率和功率下降,阈值电流增大,而且会引起波长漂移,光谱展宽等,因此开展半导体激光器热没计和热优化的研究显得越来越重要.用数值模拟和实验相结合的方法对单巴(bar)条CS封装的60 W,808 nm半导体激光器连续工作时的稳态和瞬态热行为进行分析研究,定量确定了半导体激光器的温升及其构成,以及器件的时间常数.此外,还对半导体激光器件做了热优化,并在分析结果的指导下做出了各项性能指标均优良的半导体激光器阵列器件.     

使用金刚石膜热沉的半导体激光器特性研究

比较了使用金刚石膜热沉和传统的钢热沉的半导体激光二极管列阵在热阻和光输出功率方面的特性．与使用Cu热沉的器件相比，采用厚度为350～400μm，热导率在12～14W／（K·cm）的金刚石膜作为热沉的H极管列阵可使热阻降低45～50％，同值电流明显降低，而光输出功率提高25％，稳定性得到改善．表现出金刚石膜热沉在半导体器件散热方面的明显优势．     

半导体激光器热特性测量技术的研究进展

分类讨论了半导体激光器热特性(温升)测量中所用的技术,介绍了各种技术的基本原理及其特点。     

双散热片结构光抽运垂直外腔面发射激光器的热特性分析

利用ANSYS有限元热分析软件对光抽运垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)内部的热场分布和热矢量分布进行了模拟,对比分析了两种散热结构的散热性能,讨论了抽运光斑的参量和金刚石散热片厚度对器件热特性的影响。模拟分析表明:在抽运功率密度较大时,与单面键合金刚石散热片结构相比,双金刚石散热片结构的OPS-VECSEL温升较低,引起的谐振波长差较小,热量向芯片上下两侧散失有利于器件的散热,并且随着抽运功率密度的增大,双散热片结构的散热优势就越明显;当上部金刚石散热片的厚度为500μm、下部金刚石散热片的厚度在300～500μm时可以实现很好的散热效果。     

Thermal Interaction in Semiconductor Laser Arrays

A novel theoretical model of thermal diffusion has been established to study thermal interaction between two neighboring diodes in semiconductor laser arrays. The main cause of the ocurrence of the thermal interaction between two neighboring diodes in array devices is the heat conduction through heat sink. We hold that as the devices must have heat sink to diffuse heat, this kind of interaction in the array would always exist. However, when the pitch between two neighboring diodes in the array is reasonably defined, this troublesome thermal interaction can be simply reduced by using our model. Based on the individual diodes with leaky waveguide structure, we experimentally succeeded in fabricating 2D 4 ×4 arrays. The thermal interaction between upper and lower diodes in the 2D array is also considered as well as the function of the heat sink. The measured results show that the pulse peak output powor of the 2D 4 ×4 array is high up to 11 W.     

大功率GaInP/AlGaInP半导体激光器

制备了大功率实折射率GaInP/AlGaInP压应变分别限制量子阱激光器.所用外延材料在15°偏角的GaAs衬底上由有机金属气相外延一次外延生长得到.制备的激光器具有双沟脊波导结构,条宽和腔长分别为3和900μm,前后端面分别蒸镀5%的增透膜和95%的高反膜.分析了室温连续激射时激光器的光电输出性能.阈值电流的典型值为32mA,光学灾变阈值为88mW,功率为80mW时的工作电流为110mA,斜率效率为1W/A,串联电阻为3Ω.基横模光输出功率可达60mW,60mW时的平行结和垂直结的远场发散角分别为10°和32°,激射波长为658.4nm.器件的内损耗为4.1cm-1,内量子效率达80%,透明电流密度为648A/cm2.     

大功率GaInP/AlGaInP半导体激光器

制备了大功率实折射率GaInP/AlGaInP压应变分别限制量子阱激光器.所用外延材料在15°偏角的GaAs衬底上由有机金属气相外延一次外延生长得到.制备的激光器具有双沟脊波导结构,条宽和腔长分别为3和900μm,前后端面分别蒸镀5%的增透膜和95%的高反膜.分析了室温连续激射时激光器的光电输出性能.阈值电流的典型值为32mA,光学灾变阈值为88mW,功率为80mW时的工作电流为110mA,斜率效率为1W/A,串联电阻为3Ω.基横模光输出功率可达60mW,60mW时的平行结和垂直结的远场发散角分别为10°和32°,激射波长为658.4nm.器件的内损耗为4.1cm-1,内量子效率达80%,透明电流密度为648A/cm2.     

超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应,采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟,研究了飞秒、皮秒激光作用下,半导体表面载流子和晶格的温度分布情况.结果表明,载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同,激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收,所得结论与实验结果较吻合.