GaAs converters for high power densities of laser illumination

Photovoltaic power converters can be used to generate electricity directly from laser light. In this paper we report the development of GaAs PV power converters with improved conversion efficiency at high power densities. The incorporation of a lateral conduction layer (LCL) on top of the window layer resulted in a considerable gain in efficiency at high illumination levels. Additional performance improvements were obtained by using a metal electrode grid design and antireflection coating optimised for monochromatic and inhomogeneous laser light. Maximum monochromatic (810 nm) optical‐to‐electrical conversion efficiency of 54·9% at 36·5 W/cm² has been achieved. The characteristics of laser power converters with p/n and n/p polarity are discussed in this paper. Moreover, different materials and doping levels were applied in the LCL. The performance of these different device structures at high laser intensity is presented and discussed. It is shown that the lateral series resistance of the cell has a major impact on the overall device performance. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

808nm DFB半导体激光器的光栅制备

实验优化设计了808nm DFB半导体激光器的二级布拉格光栅结构,介绍了808 nm分布反馈（DFB）半导体激光器光栅制备的工艺过程。采用全息光刻方法和湿法腐蚀技术在GaAs衬底片上制备了周期为240nm的光栅图形,全息光刻系统采用条纹锁定技术降低条纹抖动和提高干涉稳定性,腐蚀液采用H3PO4 : H2O2 : H2O (1 : 1 : 10),腐蚀时间为30s。光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）测试显示,光栅周期为240nm,占空比为0.25,深度为80nm,具有完美的表面形貌,及良好的连续性和均匀性。     

脉冲激光沉积Al/Ag掺杂功能梯度薄膜

为了寻找制备梯度金属薄膜的新方法和新工艺,采用脉冲准分子激光扫描沉积技术,在Si(100)单晶衬底上沉积了Al/Ag掺杂功能梯度薄膜,并采用SEM和XPS对制备的薄膜进行了微观分析。分析结果表明,运用合适的激光参数和辅助放电,在沉积温度300℃时,制备出了Al/Ag组分比近似为5:1的掺杂梯度薄膜。该实验方法说明,利用脉冲激光与金属掺杂靶相互作用沉积梯度金属薄膜是可行的。     

140W高功率非对称宽波导980nm半导体激光器

为了提高半导体激光器(LD)的出光功率,优化了P型波导层以及限制层的厚度。将光场的对称分布变成非对称分布,降低了有源区的光限制因子,从而降低了器件腔面的功率密度,避免器件出现腔面灾变损伤(COD);提高LD的电光转换效率,减小器件的散热路径,降低器件的热阻,从而有效抑制了器件的热饱和。设计并制作了非对称宽波导980 nm高功率LD。器件的综合测试性能为:当器件的注入电流为161 A时,器件的输出功率达到139.6 W,对应的斜率效率、电压和电光转换效率分别为0.91 W/A、1.79 V和48.4%。     

Sampled-data modelling and analysis of the power stage of PWM DC-DC converters

The power stage of the PWM DC–DC converter is modelled and analysed using the sampled-data approach. The work addresses both continuous and discontinuous conduction mode under voltage mode control, and continuous conduction mode under current mode control. For each configuration, nonlinear and linearized sampled-data models, and control-to-output transfer functions are derived. Using this approach, both current mode control and discontinuous conduction mode can be handled systematically in a unified framework, making the modelling for these cases simpler than with the use of averaging. The results of this paper are similar to results of Tymerski, but they are presented in a simpler manner tailored to facilitate immediate application to specific circuits. It is shown how sampling the output at certain instants improves the obtained phase response. Frequency responses obtained from the sampled-data model are more accurate than those obtained from various averaged models. In addition, a new (‘lifted’) continuous-time switching frequency-dependent model of the power stage is derived from the sampled-data model. Detailed examples illustrate the modelling tools presented here and also provide a means for comparing results obtained from the sampled-data approach with those obtained from averaging.     

激光输能光电池温度场数值模拟

温升效应是影响激光输能光电转换效率的重要原因。为了分析温升效应对光电转换效率的影响,采用基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件和MATLAB软件联合仿真的数值模拟方法,建立了光电池的物理模型和热模型,得到了激光辐照时间、功率密度、光斑面积、入射角以及热辐射和热对流对温度场的影响结果。结果表明,2000W/m2激光功率密度辐照下,光电池温度随辐照时间先快速上升,20s后缓慢增加,100s达到热平衡态后温度稳定在343K;随着激光功率密度增大,电池温升速度越快,达到热平衡态时的温度值越高;激光光斑全部覆盖电池表面时,电池表面温度差值最小;入射角通过影响有效激光辐照功率密度来影响电池温升;热辐射和热对流对降低光电池温度十分有利;当激光入射角为0°、激光功率密度辐照约为2000W/m2、激光光斑面积近似为电池表面面积时,光电池能获得最佳的光电转换效率。可见对光电池温度场进行仿真分析为研究提高激光输能光电转换效率的方法提供了理论参考。     

强激光辐照7075铝合金热响应与材料尺度律关系研究

为了明确金属板受激光辐照产生的热响应与材料尺度律之间的关系。采用数值模拟和实验相结合的研究方法,开展了不同尺度律下7075铝合金板在波长为1064 nm的连续波激光辐照下的热响应研究。首先利用COMSOL有限元软件建立了金属板在连续激光辐照下的数值模型,得到不同尺度律的铝合金板的温升过程;之后开展同尺寸实验验证,对比数值仿真数据。研究结果表明:在等效时间内,不同尺度律模型温升过程一致;实验数据与仿真结果趋势相似,各尺度律下仿真与实验相对误差均小于17 %。该研究结果对于强激光辐照效应的应用与研究具有一定价值。     

高功率980nm垂直腔面发射激光器的温度特性

应变补偿量子阱结构因带宽大、增益高和波长漂移速度低等特点而成为近年来研究的热点.首次介绍了国内980 nm 高功率InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构的垂直腔面发射激光器(VCSEL) 变温实验,测得脉冲条件下600 μm直径的器件在10-100℃温度范围内发射波长漂移速度为0.05 nm/K,阈值电流随温度变化呈现先缓慢下降后迅速上升的特性.结合VCSEL反射谱、PL谱和增益峰值波长漂移速度,对器件阈值电流特性进行了合理的分析和解释.连续工作状态下,测试得到器件峰值功率为1 W,根据波长与耗散功率的实验曲线及热阻计算公式,可估算出垂直腔面发射激光器热阻值为10 K/W.     

Ti表面脉冲激光氮化成膜温度场的数值模拟

本文用有限差分法对金属钛表面脉冲激光生成氮化钛薄膜过程的温度场进行了三维数值模拟计算。模型主要考虑了入射的脉冲激光在时间与空间上的Gauss分布特性 ,以及工件的有限尺寸 ,工件材料热物理性质的温度依赖关系 ,对流辐射造成的表面热损失。此外还从理论上计算了激光脉冲在脉冲宽度加宽后的温度场变化。     

Optimization of GaAsP/AlGaAs-based QW laser structures for high power 800 nm operation

We present a detailed study of the MOVPE growth of 800 nm diode laser structures based on the combination of a GaAsP quantum well with well-established AlGaAs waveguide structures. By optimizing the strain and thickness of the quantum well highly-reliable diode lasers with low threshold current and high efficiency were demonstrated. 100 μm aperture “broad area” devices mounted epi-side up achieve a CW output power of 8.9 W with a wall-plug efficiency of 50%. These output powers represent record values for diode lasers in this wavelength range. Reliability measurements at 1.5 W and 50°C ambient temperature suggest lifetimes >10 000 h.     

GaAs同质外延生长过程的RHEED分析

采用激光分子束外延方法(L-MBE),在GaAs(001)衬底上同质外延GaAs薄膜。利用反射式高能电子衍射(RHEED)研究了材料沉积过程中的各级条纹及其强度的变化,进而得出GaAs薄膜外延生长的适宜激光能量和沉积温度分别为500 mJ和570℃。RHEED强度随时间的变化曲线表明,GaAs为良好的层状外延生长模式,并随着沉积时间延长,层状生长模式逐渐向岛状模式转变。实验研究还表明层状生长的GaAs薄膜经表面弛豫后,可以得到更好的平整表面,并出现GaAs(001)-(2×4)的表面重构。原位X射线光电子能谱仪(XPS)研究表明沿(001)面外延的GaAs薄膜表面Ga∶As化学计量比约为52∶48,出现Ga的聚集。     

光固化快速成形激光功率检测系统设计

本文从理论上详细分析了澈光功率在光固化快速成形（SL）过程中对树脂涂层固化质量的影响,在此基础上建立一套激光功率实时检测控制系统,实现了加工过程中激光功率的实时检测,同时针对功率的波动采取有效的打描速度补偿措施,从而得到了高质量的SL制件。     

SBS相位共轭技术在强激光-振放系统上的应用

对SBS相位共轭技术应用于强激光振放系统(masteroscillator power amplifier,MOPA)系统的研究工作进行了回顾,介绍了几种用于放大级畸变修正、退偏补偿、激光束并束的典型实验方案,指出了SBS相位共轭技术应用于MOPA上的一些可能的发展方向。     

欧洲大型激光项目HiPER的现状分析

高功率激光能源研究（HiPER）项目由英国科研委员中心实验室理事会组织发起,是欧盟致力于以高能量激光驱动惯性约束聚变为基础,发展清洁聚变能源技术为目标的大型研究项目。其设计意图是发展激光驱动的惯性聚变技术,使欧洲在惯性聚变能的研究领域占据领先地位,同时借助HiPER激光装置所提供的极端实验条件,使其在极端物态科学研究领域具备其它国家没有的能力。目前它已由初期的泛欧项目发展成为一个全球聚变能科研合作的典范,其中有许多值得借鉴之处。作者从HiPER的研制背景、项目规划与管理、技术进展、对外合作等诸多方面进行了系统梳理,力图全面地反映出HiPER项目的整体进展情况。最后对HiPER项目进行了总结,这对从事激光装置及聚变能开发的科研人员可起到参考和借鉴作用。     

NCl(a~1Δ)自猝灭对NCl(a~1Δ)/I激光能量提取的影响

利用连续流平面型光腔动力学模型对NCl(a1Δ)/I 激光体系进行了模拟计算,探讨了温度在300 K 时NCl(a1Δ)自猝灭对NCl(a1Δ)/I激光能量提取的影响。计算结果表明,NCl(a1Δ)自猝灭反应对光腔位置的选取、功率密度沿流动方向的分布和总输出功率都有较大的影响。其中,光腔位置的可选范围大大缩短,在较小的初始HI粒子数密度和适当的输出镜反射率下总输出功率大幅度降低,而随着HI粒子数密度的增加,NCl(a1Δ)自猝灭对总输出功率的影响逐渐减小。     

直接金属选区激光烧结热应力场有限元模拟

在考虑随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数的作用下,建立了直接金属多道烧结的三维有限元分析模型。采用先进行温度场分析、再进行应力场分析的间接热力耦合策略。模拟结果显示,随着烧结过程的进行,由于已烧结部分的影响,最大热应力有减小的趋势;在扫描烧结道的前方有比后方更大的应力分布,这与实验结果相吻合。