980 nm大功率高阶光栅锥形半导体激光器

为了获得高功率、窄线宽和近衍射极限输出的半导体激光器,采用高阶光栅（high order Bragg gratings,HOBGs）和主控振荡功率放大器（Master Oscillator Power-Amplifier,MOPA）结构,成功研制出一种980 nm波段的HOBGs-MOPA半导体激光器。该激光器采用周期为11.37 μm的高阶光栅进行光模式选择,通过锥角为6°的锥形波导将单模激光功率放大,实现了输出功率2.8 W,3 dB光谱线宽31 pm,光束质量因子M ²为2.51的窄线宽激光输出。     

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°。     

使用传统工艺实现1.55μm激光器与模斑转换器的单片集成

采用传统的光刻和湿法腐蚀工艺制作了1.55μm波长的新型半导体激光器和模斑转换器的单片集成器件.其中激光器采用脊型双波导,模斑转换器采用掩埋双波导结构,水平楔型的有源波导和宽而薄的无源波导同时控制光斑模式大小.实验测得器件的阈值电流为40mA,斜率效率为0.35W/A,水平和垂直方向的远场发散角分别为14.89°和18.18°,与单模光纤的耦合损耗为3dB.     

使用传统工艺实现1.55μm激光器与模斑转换器的单片集成

采用传统的光刻和湿法腐蚀工艺制作了1.55μm波长的新型半导体激光器和模斑转换器的单片集成器件.其中激光器采用脊型双波导,模斑转换器采用掩埋双波导结构,水平楔型的有源波导和宽而薄的无源波导同时控制光斑模式大小.实验测得器件的阈值电流为40mA,斜率效率为0.35W/A,水平和垂直方向的远场发散角分别为14.89°和18.18°,与单模光纤的耦合损耗为3dB.     

基于表面曲线光栅的高功率窄线宽半导体激光器

随着智能感知技术的快速发展，高功率、窄线宽的半导体激光光源成为研究热点。通过在边发射半导体激光器件表面引入高阶曲线光栅，设计了一种独特的非稳谐振腔结构，可实现高功率和窄线宽。采用紫外光刻和电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术，制备了周期为6.09μm、占空比为0.66、刻蚀深度为500 nm的曲线光栅。在室温条件下，测得腔长为2 mm的器件的阈值电流为220 mA，连续输出功率为1.48 W，斜率效率为0.63 W/A。比较了法布里-珀罗激光器、直线光栅分布式反馈（DFB）激光器和曲线光栅DFB激光器的光谱，结果表明，曲线光栅对半导体激光器的模式选择起到了关键作用，有利于实现高功率DFB激光器的窄线宽单模输出。该器件具有制作工艺相对简单、性能优异、可靠性高等特点，具有广阔的应用前景。     

多孔波导小发散角量子级联激光器

本文报道了激射波长为4.5μm带有多孔结构波导的量子级联激光器,具体器件工艺首先采用电化学腐蚀方法在脊形两侧制作出树枝状多孔结构,后续步骤在其中填充入金属材料。与普通脊形器件相比,带有多孔结构的新型器件具有更好的光束质量。此种半导体-金属混合结构对高阶模光反馈吸收作用较强,可对高阶横模产生明显的抑制作用,最终实现远场发散角达4.9°的基横模激射。     

窄脊型波导半导体激光器偏振与横模关系研究

基于有效折射率法建立了窄脊型波导数值计算模型,通过实验研究了InGaAs量子阱窄脊型波导半导体激光器偏振特性与横模之间的关系。根据理论计算,脊型波导中类TM模式在慢轴方向的有效折射率差更大,类TM模式的限制因子比类TE模式的限制因子更大、更容易出现慢轴高阶模式;而随着脊型波导的高度增加,快轴高阶模式被截断,类TE₀₀模式的限制因子逐渐增加至与类TM₀₀模式相近,慢轴高阶模式因其大的散射损耗被抑制,理论上可实现高偏振度、高光束质量激光输出。在实验方面,利用量子阱材料的增益偏振特性,通过脊型高度与宽度的设计,制备了高偏振度、基横模的窄脊型波导半导体激光器。     

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°。     

高功率低损耗852 nm法布里-珀罗激光器的研制

理论分析了内部损耗、内量子效率对激光器输出功率的影响,并采用PICS3D软件对852 nm法布里-珀罗(FP)激光器进行综合优化设计.设计的器件具有小远场发散角、低内部损耗和高内量子效率等特点,并在大电流下能够实现稳定的高功率输出.实验制备了基横模852 nm FP激光器,内部损耗小于1cm-1,快轴发散角为42.3°...     

窄线宽1064 nm分布布拉格反射半导体激光器

1064nm分布布拉格反射(DBR)半导体激光器具有窄线宽、输出稳定的特性,在自由空间激光通信用种子光源等方面具有广阔的应用前景。设计了一种单模、窄线宽的1064nm DBR半导体激光器,利用金属有机化合物气相沉积技术生长出InGaAs应变量子阱半导体激光器材料,并制备出腔长为1200μm的脊型波导1064nm DBR半导体激光器。当注入电流为70mA时,室温下该激光器的连续输出功率可达到7mW,3dB光谱线宽为0.12nm。     

MOPA结构1064nm单模半导体激光器

1 064 nm单模半导体激光器在测试、通信、光纤激光器种子源等多种领域有着广泛的应用。设计并制作了一种MOPA结构1 064 nm单模半导体激光器。做为对比,同时制作了相同外延材料和腔长的脊波导单模半导体激光器。测试结果表明,该MOPA结构管芯发生灾变性光学损伤(COD)时的注入电流约740 mA,最高功率达到375 mW,无扭折最大输出功率为300 mW,此时注入电流约为610 mA,水平发散角为9.8°(FWHM),均优于作为对比的脊波导结构激光器。     

二维光子晶体对面发射激光器横模控制研究

垂直腔面发射激光器的单模输出特性在光网络数据传输光互连、光存储和激光打印中有重要的应用.传统的氧化限制型垂直腔面发射半导体激光器由于串联电阻大、发热严重而很难工作在单模状态.二维光子晶体结构可以有效地控制垂直腔面发射激光器的横向模式,使器件工作在单模状态下.从理论上系统研究了光子晶体垂直腔面发射半导体激光器的单模条件,成功设计了一组单模光子晶体垂直腔面发射半导体激光器,并通过常规工艺制作出功率0.6 mW、边模抑制比大于30 dB、阈值电流4 mA、远场发散角8.4°、不受电流注入影响的单模光子晶体垂直腔面发射半导体激光器.实验证明:光子晶体可有效地进行横模控制.     

组合光栅对半导体激光器的侧向模式调控作用

设计并制作了一种新型含有组合光栅结构的分布式布拉格反射(CDBR)半导体激光器。通过引入组合光栅结构，对分布式布拉格反射(DBR)激光器的高阶侧向模式进行调控，提升了高阶侧向模式的损耗，最终优化了远场光斑图案。实验制得的器件腔长为2 mm，脊波导宽度为40μm，高阶光栅周期为7μm，占空比为0.6。当注入电流为1.0 A时，组合光栅起到明显作用，远场光斑图案从DBR-激光二极管(LD)的多瓣优化到CDBR-LD的单瓣。CDBR-LD在电流为1.25 A时的饱和输出功率约为433 mW，斜率效率为0.337 W·A^-1，注入电流为0.95 A时的光谱半峰全宽(FWHM)约为0.61 nm。     

利用高阶DBR实现简单的2.0μm GaSb激光器

利用高阶Bragg光栅成功制备出Ga Sb基DBR激光器, 避免了复杂的制备工艺.利用标准接触曝光制备出16阶和24阶Bragg光栅以及双沟脊条波导结构. 16阶Bragg光栅器件在室温下实现了SMSR高达17. 5 dB的单模激光输出. CW状态下室温最大单模输出功率超过10 mW.随着注入电流变化, 器件表现出出色的波长稳定性.在整个注入电流范围内, 器件都保持单横模工作状态. 24阶Bragg光栅器件室温SMSR为22. 5 dB.器件的激射波长都在2. 0μm左右.     

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.     

利用高阶DBR实现简单的2.0μm GaSb激光器（英文）

利用高阶Bragg光栅成功制备出Ga Sb基DBR激光器,避免了复杂的制备工艺.利用标准接触曝光制备出16阶和24阶Bragg光栅以及双沟脊条波导结构. 16阶Bragg光栅器件在室温下实现了SMSR高达17. 5 dB的单模激光输出. CW状态下室温最大单模输出功率超过10 mW.随着注入电流变化,器件表现出出色的波长稳定性.在整个注入电流范围内,器件都保持单横模工作状态. 24阶Bragg光栅器件室温SMSR为22. 5 dB.器件的激射波长都在2. 0μm左右.     

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.     

单模太赫兹量子级联激光器

为了获得窄线宽太赫兹光源,制作了基于表面金属光栅的单模太赫兹量子级联激光器。通过优化光栅结构,获得了具有较强耦合效率和较低损耗的光栅结构参数。波导结构采用半绝缘表面等离子体波导以便能获得较高的光输出功率。激光器单模激射波长为95μm。10 K时,器件最高单模输出功率达到了43 m W,单模抑制比为18 d B。单模器件工作温度超过70 K,在70 K时,仍然有5 m W的单模输出功率。这种输出性能良好的激光器有望作为太赫兹接收机的本振源。     

半导体激光器电吸收调制器和双波导模斑转换器的单片集成

报道了1.6μm的半导体激光器和电吸收调制器以及双波导模斑转换器的单片集成器件.该器件具有良好的单横模特性和准单纵模特性(边模抑制比达25.6dB),3dB调制带宽为15GHz,直流消光比为16.2dB,远场发散角为7.3°×18.0°,和单模光纤的耦合效率达3.0dB.