2µm波段低发散角瓦级GaSb基宽区量子阱激光器

通过在宽区GaSb基半导体激光器波导中引入鱼骨型微结构, 实现了瓦级激光输出并且改善了侧向发散角.本文通过分析微结构的刻蚀深度对激光功率和远场特性的影响, 研究并发现了微结构的引入可以明显的提高激光器输出功率, 同时深刻蚀的微结构对降低模式数和侧向发散角有着更明显的改善作用.相比于未引入微结构的激光器, 引入深刻蚀微结构的宽区激光器侧向95%功率定义的远场发散角降低了大约57%, 并且实现了超过1.1 W的最大连续输出功率.     

高输出功率锥形波导太赫兹量子级联激光器

制作了基于锥形波导结构的高输出功率的太赫兹(THz)量子级联激光器。激光器采用单面金属波导结构,并采用锥形波导形状提高光输出功率,且保证了良好的光斑远场发散角。激光器水平方向远场光斑发散角为18.4?,器件输出中心波长为93 μm(3.23 THz),器件最高输出功率达到了185 mW,最高工作温度为95 K。80 K时,器件的最高脉冲输出功率能达到65 mW。基于如此高的输出功率,制作了液氮杜瓦封装的小型便携式太赫兹激光源。     

低垂直发散角高亮度光子晶体半导体激光器

针对现有边发射半导体激光器远场发散角大、光束质量差等问题,引入光子晶体人工微结构实现模式扩展和模场分离,改善了单芯片半导体激光器的性能,实现了高亮度高光束质量的激光输出。理论分析并模拟了光子晶体半导体激光器对光场的调控机制,并介绍了几种典型的光子晶体半导体激光器。在光子晶体激光器实现低垂直发散角的基础上,设计了不同的结构实现了大功率、单模、高亮度等特性的输出。实验验证了光子晶体能带效应在提高半导体激光光束质量、提高亮度等方面的调控作用,其能够突破普通半导体激光器面临的限制,有助于半导体激光更有效地应用在光纤激光器抽运和激光加工等领域,为半导体激光的直接应用奠定了基础。     

外腔半导体激光器的空间模式特性分析

通过对宽发光截面半导体激光器(BAL)输出激光空间特性和远场分布的理论分析,并根据激光振荡的自再现原理,导出了反馈注入外腔宽发光截面半导体激光器输出激光的光场分布。计算表明外腔的反馈作用可以看作是频谱面上引入了一个带通滤波器,通过选择特定模式的频谱分量进行反馈注入,从而实现选模和改善输出激光光束质量的目的。完成了相应的外腔反馈注入宽发光截面半导体激光器的实验,获得了单瓣近衍射极限的激光输出,在工作电流为1.18倍阈值电流时,获得远场发散角为0.074°的输出激光,计算得相应的光束衍射倍率因子M2为1.16,和理论计算的结果基本吻合。     

1.55μm AlGaInAs/InP小发散角量子阱激光器的仿真和制备（英文）

理论仿真和实验制备了AlGaInAs/InP材料1. 55μm小发散角量子阱激光器.为了扩展近场光场并减小内损耗,将一个非对称模式扩展层插入到外延结构的下盖层当中.仿真结果表明,该模式扩展层除了少量增加激光器阈值电流以外,在不影响激光器其它性能的情况下能显著减小激光器的垂直远场发散角.实验结果与理论仿真高度吻合.成功制备出脊宽4μm,腔长1000μm的脊波导小发散角激光器.在端面未镀膜的情况下,该激光器阈值电流为56 mA,输出功率为17. 38 mw@120 mA,斜率效率可以达到0. 272 W/A.实验测得垂直远场发散角为29. 6°,相比较传统激光器减小了约35. 3%.     

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°。     

带有模式扩展层的小发散角激光器模拟研究

模拟了带有模式扩展层的半导体激光器,研究了中心波导层、扩展波导层和内限制层对激光器性能的影响。经过优化获得了一个条宽为50μm,远场发散角为23°,阈值电流为117.8mA,限制因子为2.37%的激光器。远场发散角最小可达到18°,此时阈值电流为200.9mA。与普通结构比较,优化后的结构远场垂直发散角减小了20°左右,阈值电流并没有明显增加,模拟计算表明模式扩展层没有降低激光器的电学和温度稳定特性。     

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°。     

高功率14xx nm锥形增益区脊形波导结构量子阱激光器的研制

初步设计14xx nm锥形增益区脊形波导量子阱激光器材料和器件结构,利用MOCVD生长14xx nm InGaAsP/InP量子阱激光器外延片,引入腔破坏凹槽(cavity-spoiling grooves)将有源层刻蚀断以隔离从锥形区反向传输回的高阶模,进一步改善远场光束质量.保持总腔长1900μm不变,改变脊形区的长度,其长度分别为450,700和950μm.对比三种情况的最高输出功率和远场特性,发现LRW＝700μm时,器件特性参数和远场光束质量最优,斜率效率为0.32W/A,饱和输出功率为1.21W,其远场为近衍射极限的高斯分布,发散角为29°×9.6°.当固定脊形区长度为700μm,改变锥形区长度,发现当锥形区长度为1000μm时,器件特性参数进一步提高,斜率效率达0.328W/A,饱和输出功率为1.27W,远场仍为近似高斯分布.     

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°...     

高功率14xx nm锥形增益区脊形波导结构量子阱激光器的研制

初步设计14xx nm锥形增益区脊形波导量子阱激光器材料和器件结构,利用MOCVD生长14xx nm InGaAsP/InP量子阱激光器外延片,引入腔破坏凹槽(cavity-spoiling grooves)将有源层刻蚀断以隔离从锥形区反向传输回的高阶模,进一步改善远场光束质量.保持总腔长1900μm不变,改变脊形区的长度,其长度分别为450,700和950μm.对比三种情况的最高输出功率和远场特性,发现LRW＝700μm时,器件特性参数和远场光束质量最优,斜率效率为0.32W/A,饱和输出功率为1.21W,其远场为近衍射极限的高斯分布,发散角为29°×9.6°.当固定脊形区长度为700μm,改变锥形区长度,发现当锥形区长度为1000μm时,器件特性参数进一步提高,斜率效率达0.328W/A,饱和输出功率为1.27W,远场仍为近似高斯分布.     

高可靠性瓦级660nm半导体激光器研制

利用Zn扩散形成非吸收窗口的技术,制备了大功率660nm半导体激光器。在芯片窗口区用选择性扩Zn方式,使得窗口区有源层发光波长蓝移了61nm,有效降低了腔面的光吸收。制备的激光器芯片有源区条宽为150μm,腔长为1000μm,p面朝下用AuSn焊料烧结于AlN陶瓷热沉上。封装后的器件最高输出功率达到了4.2 W,并且没有出现灾变性光学腔面损伤的现象。半导体激光器的水平发散角为6°,垂直发散角为39°,室温1.5A电流下的激光峰值波长为659nm。使用简易的风冷散热条件,在1.5 A连续电流下老化10只激光器,4000h小时仍未出现失效现象。可见,所制备的660nm半导体激光器在瓦级以上功率连续输出时同时具有可靠性高及使用成本低的优势。     

LBO Ⅰ类临界相位匹配内腔和频593. 5nm 激光器

报道了LD 端面泵浦Nd∶YVO4 晶体产生1064nm 和1342nm 双波长激光束,采用一个线性平凹腔结构,利用LBO Ⅰ类临界相位匹配在腔内和频产生593. 5nm连续黄光激光输出的全固体激光器的实验研究。在泵浦功率为10W时得到593. 5nm的黄光激光输出功率为260mW。光束远场发散角θ< 1mrad。593. 5nm激光输出为低噪声输出。24h 功率不稳定度小于±2 %。     

MBE生长高光功率转换效率InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器

本文从理论上分析了实现InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器高光功率转换效率、高输出功率的有效途径,并优化了器件结构,可以同时获得低的腔面光功率密度和小的垂直于结平面远场发散角.利用分子束外延生长构成了高质量InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器,其最高光功率转换效率为53%、最大输出功率为3.7W,垂直于结平面方向远场发散角为30°     

小发散角量子阱激光器研究

使用三层平板波导理论分析了半导体量子阱激光器远场分布。针对大功率激光器讨论了极窄和模式扩展波导结构方法减小垂直方向远场发散角,得到了极窄波导结构量子阱激光器远场分布的简化模型,获得了垂直发散角的理论值,垂直方向远场发散角减小为28.6°;使用传输矩阵方法模拟了模式扩展波导结构量子阱激光器的近场光斑及远场分布,垂直方向远场发散角减小为16°。实验测试了极窄和模式扩展波导结构量子阱激光器的垂直发散角,理论结果与实验测试获得的发散角基本一致,实现了降低发散角的要求,获得了小发散角量子阱激光器。     

1.55μm AlGaInAs/InP小发散角量子阱激光器的仿真和制备

理论仿真和实验制备了AlGaInAs/InP材料1.55 μm小发散角量子阱激光器。为了扩展近场光场并减小内损耗,将一个非对称模式扩展层插入到外延结构的下盖层当中。仿真结果表明,该模式扩展层除了少量增加激光器阈值电流以外,在不影响激光器其它性能的情况下能显著减小激光器的垂直远场发散角。实验结果与理论仿真高度吻合。成功制备出脊宽4 μm,腔长1000 μm的脊波导小发散角激光器。在端面未镀膜的情况下,该激光器阈值电流为56 mA,输出功率为17.38 mw@120 mA,斜率效率可以达到0.272 W/A。实验测得垂直远场发散角为29.6°,相比较传统激光器减小了约35.3%。     

LBO Ⅰ类临界相位匹配内腔和频593. 5nm 激光器

报道了LD端面泵浦Nd∶YVO4晶体产生1064nm和1342nm双波长激光束,采用一个线性平凹腔结构,利用LBOⅠ类临界相位匹配在腔内和频产生593.5nm连续黄光激光输出的全固体激光器的实验研究。在泵浦功率为10W时得到593.5nm的黄光激光输出功率为260mW。光束远场发散角θ<1mrad。593.5nm激光输出为低噪声输出。24h功率不稳定度小于±2%。     

259W准连续无铝808nm激光二极管线列阵

通过优化张应变量子阱外延结构和设计线列阵双沟道深隔离槽腐蚀工艺,采用低压金属有机化学气相沉积法(LP-MOCVD)生长了GaAsP/GalnP/AlGaInP单量子阱分别限制异质结激光器材料,并利用该材料制备r填充因子为50%的lcm宽线列阵激光巴条,用扫描电子显微镜(SEM)分析了隔离槽的形貌.在准连续工作条件(200μs脉宽,2%占空比)下,封装在被动制冷标准铜热沉上的器件在测试设备允许的最大驱动电流300A时可获得259W的输出功率,未观察到腔面光学灾变性损伤的发生.最高功率转换效率在工作电流为104A时达52%,此时输出功率为100W,激射光谱的中心波长为807.8nm,半高宽为2.4nm,快慢轴远场发散角分别为29.3°和7.5°.     

全自动可变光阑测量激光发散角的工程化研究

激光远场发散角是评价激光光束质量的重要指标,根据远场发散角的定义和国际惯例,实际工程应用中设计出全自动可变光阑来测量激光远场发散角。在测量时利用图像处理和一阶重心距算法计算光斑中心,使可变光阑中心与待测激光束中心对准。测试系统自动由小到大变化光阑孔径,同时用探测器测量透过的激光能量。对光阑孔径和通过光阑的能量进行曲线拟合,算出总能量为1/e2时光阑的孔径,即对应于该处的激光束宽,从而可计算得出激光远场发散角。上述测量过程是利用虚拟仪器技术来全自动实现的,该激光远场发散角测试系统经过了项目验收和实际工程检验。     

电激励重频HF激光器非稳腔设计及实验研究

为实现电激励重频HF激光远距离传输,在较短的谐振腔内产生大模体积的高质量激光束,开展了激光器正支虚共焦非稳腔的结构设计、仿真计算和实验研究。仿真结果表明,随着放大率M的增大,远场光斑中心亮斑包含的能量逐渐增大,能量向中心转移,远场光斑尺寸和远场发散角也随放大率M增大而减小。实验结果表明:随着放大率M的增大,远场光强分布、光斑尺寸和发散角变化规律与仿真结果一致,但输出激光能量以先增大后降低的规律变化。综合考虑高光束质量和高能量的指标要求,在流场正常工作情况下,当放大率M为3.0时,获得了远场发散角为2.37倍衍射极限和激光能量稍低于稳定腔（约为稳定腔激光能量的94.6%）的重频激光输出,满足激光远距离传输需求。