大功率垂直腔面发射激光器列阵的串接结构

为了在不提高驱动电流的前提下增大垂直腔面发射激光器的输出功率,提出了一种将多个垂直腔面发射激光器芯片串接在一起的结构.首先,将垂直腔面发射激光器芯片焊接在氮化铝陶瓷热沉上,接着用金丝引线的方法以串联方式将芯片连接在一起.分别测试了串接4个、2个和单个芯片器件的微秒脉冲输出功率和纳秒脉冲输出功率,其分别为775,416,...     

垂直腔面发射激光器温度控制装置的设计

介绍一种VCSEL(垂直腔面发射激光器)激光二极管温度控制装置的设计.该装置采用了圆筒形的热沉、圆筒形TEC(热电制冷器)和冷却板,把激光管置于圆筒形的冷却板之内,由于圆筒形的热沉、TEC和冷却板与激光二极管接触面积较大,所以无形中提高了温度控制系统的散热和加热效率,从而提高了系统的温度稳定性和控制范围.     

850 nm 垂直腔面发射激光器列阵

为了解决垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵中金丝难以键和和电流注入不均匀的问题,提出了一种非闭合型VCSEL列阵结构。该结构通过腐蚀非闭合环形凹槽形成器件台面,从而简化了工艺步骤,减少了器件的损伤。分别对2×2,3×3,4×4阵列的850nm非闭合型顶发射VCSEL器件进行了测试和分析,结果显示其室温连续输出功率分别达到80,140和480mW;阈值电流分别为0.15,0.25和0.4A;平行方向和垂直方向上的远场发散角分别为9°和9.6°,13.5°和14.4°,15°和14.4°。在脉宽为50μs、重复频率为100Hz时,最大输出功率分别为90,318和1279mW;阈值电流分别为0.2,0.5和0.7A。分别测试了芯片在封装前后的功率曲线,发现芯片在封装之后的热饱和电流要远远高于封装之前,从而说明良好的封装技术可以提高器件的散热效率,降低器件内部发热对器件性能的影响。     

高功率980 nm垂直外腔面发射 激光器(VECSEL)的理论研究

利用周期谐振增益结构设计了以InGaAs/GaAsP/AlGaAs为有源区的980 nm二极管泵浦垂直外腔面发射半导体激光器。根据理论模型计算了纵模限制因子、阈值增益、光增益、输出功率等特征参数,优化了激光器特征参数并设计了OPS-VECSEL结构。理论计算表明,LD泵浦的垂直外腔面发射激光器的输出功率可大于1.0 W。     

微型铷原子钟专用795nm垂直腔表面发射激光器

针对铷(87 Rb)原子钟激励光源微型化和高温工作的特殊需求,设计并制备了对应铷原子能级跃迁的795nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。首先,根据k·p理论计算了InAlGaAs/AlGaAs量子阱的价带能级和材料增益,得到最优的量子阱组分和厚度;然后,采用一维传输矩阵方法设计了795nm波段的布拉格反射器(DBR),根据完整结构VCSEL器件的驻波场分布设计了掺杂分布;最后,采用金属有机气相外延(MOVPE)技术生长了优化的795nm VCSEL外延结构,并制备了氧化限制型非闭合台面结构的795nm顶发射器件。实验显示:封装后的75μm口径器件可在室温至85℃范围内连续工作,最高功率为17mW,激光光束呈圆形,发散角为15°,激射波长的温漂系数为0.064nm/℃;在温度为52℃、注入电流为100mA时,激射波长位于794.7nm(对应铷原子钟需要的波长),基本满足铷原子钟激励光源对波长稳定和高温工作的要求。     

高功率InGaAs/GaAsP应变量子阱垂直腔面发射激光器列阵

为提高垂直腔面发射激光器(VCSEL)的输出功率,对具有3个In_0.2Ga_0.8As/GaAs_0.92P_0.08应变量子阱结构,发射波长为977nm的VCSEL列阵进行了研究。对量子阱结构进行了优化,选择具有更宽带隙的GaAsP作为势垒材料,计算了In_0.2Ga_0.8As/GaAs_0.92P_0.08量子阱的带阶。对采用In_0.2Ga_0.8As/GaAs_0.92P_0.08和In_0.2Ga_0.8As/GaAs两种量子阱结构的器件的输出功率进行了理论模拟和比较分析。分别测试了上述两个列阵器件的脉冲峰值功率并利用由开启电压、阈值电流和串联电阻决定的p参数评估了列阵器件的输出性能。实验结果表明,当注入电流为110A时,发光面积为0.005cm²的In_0.2Ga_0.8As/GaAs_0.92P_0.084×4VCSEL列阵获得了123W的脉冲峰值功率,比具有相同发光面积的In_0.2Ga_0.8As/GaAs列阵器件的脉冲峰值功率大13%,前者相应的功率密度和斜率效率分别为45.42kW/cm²和1.11W/A。连续和脉冲工作下的p值分别为15和13,表明器件在两种工作条件下都具有相对较好的输出性能。得到的结果证明,包含3个In_0.2Ga_0.8As/GaAs_0.92P_0.08应变量子阱的4×4VCSEL列阵器件能够获得较高的功率输出。     

980nm高功率垂直腔面发射激光列阵的单元结构优化

为了提高980 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵的整体性能,对列阵单元器件的分布布拉格反射镜(DBR)的反射率进行了优化.分析了DBR的反射率与阈值电流,输出功率及转换效率之间的关系,在维持较低阈值电流的前提下适当调节了N-DBR的反射率,使单元器件斜率效率得到了有效提高,进而改善了VCSEL列阵的整体输出特性...     

《面发射激光器·腔内倍频》专题文章导读

半导体激光器体积小、效率高，在信息、医疗、工业、军事等领域得到广泛应用。作为半导体激光器家族中的一员，垂直腔面发射激光器结构与普通边发射半导体激光器不同，其谐振腔是通过外延生长而成的两个高反射镜，激光沿垂直表面方向出射。垂直腔面发射激光器具有圆形对称光束、发散角小、光束质量好、阈值低、可二维集成等优点。由于谐振腔在波长量级，器件可以动态单模工作，在光通信领域有重要的应用潜力。     

808nm含铝半导体激光器的腔面镀膜

研究了高功率808nm量子阱脊型波导结构含铝半导体激光器在空气中解理时不同镀膜方法对输出激光功率的影响,讨论了半导体激光器的灾变性光学镜面损伤机理及其腔面钝化薄膜的选择特性。对半导体激光器管芯前后腔面不镀膜,前后腔面镀上反射膜和前后腔面先镀上钝化薄膜再镀腔面反射膜方法进行了对比,测试了半导体激光器的输出功率。结果表明,先镀上钝化薄膜的器件比只镀上腔面反射膜的器件输出的激光功率高36%。只镀腔面反射膜的半导体激光器器件在电流为5A时就失效了,而镀钝化膜的器件在电流为6A时仍未失效,说明镀钝化薄膜的器件能有效地防止灾变性光学损伤和灾变性光学镜面损伤。在半导体激光器芯片腔面镀上钝化薄膜是提高大功率半导体激光器输出功率的有效方法。     

垂直腔面发射激光端面泵浦的高能量调Q Nd:YAG激光

采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比,垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点,更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时,产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出,光光转换效率达到22.5%,激光脉宽为8 ns,发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度,通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益,从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡,为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。     

光反馈自混合干涉式微位移传感器

为了提高位移测量的精确度,提出了一种基于光反馈自混合干涉技术的位移测量方法.采用梯度最优算法分析和处理自混合干涉信号,达到数据理论的最佳拟合,实现微位移的精密测量,并通过设计算法对外部物体的运动轨迹进行重构.提出的传感器可用于亚微米级位移的测量和控制,并给出了PZT位移的实验结果.     

自混合干涉模型中的参数分析和实验研究

针对含有光反馈的半导体激光器,在外腔波动的条件下,研究了半导体激光器的自混合干涉系统模型中的重要参数,通过计算机仿真分析,讨论了线宽展宽因子和反馈水平因子两个参数的变化对光反馈自混合干涉信号波形的影响规律.同时给出了利用自混合干涉测量外腔物体位移的一种实验方法,并进行了相应的实验研究.该位移测量系统的分辨率可达无光反馈存在情况下激光器波长的一半.     

Velocity correction of the Janus configuration laser Doppler velocimeter

The error of laser Doppler velocimeter (LDV) based on Janus configuration is analyzed as the vehicle inclines. Analysis shows that the error of the Janus configuration LDV depends on the vertical velocity to horizontal velocity ratio (VHR) only. But the measurement accuracy of the Janus configuration LDV will be not high enough to meet the requirement of vehicle self-contained navigation system, if the VHR of the vehicle is overlarge in powerful rough ground. The error of the Janus configuration LDV is corrected through an inclinometer whose precision of angle needed is only 2%. Simulation shows that the error of the Janus configuration LDV after correction can be limited below 0.1% even as the VHR reaches 0.3 and pitch angle is 15°.     

Assessment of LDV spectral bias based on three-dimensional velocity fields

An extensive evaluation is made of the spectral bias in the use of a burst-type laser Doppler velocimeter (LDV). An improved version of the autoregressive vector model (ARV) to handle the full three-dimensional velocity fields is proposed. The particle arrival time statistics are modeled as a doubly stochastic Poisson process. Four well-known spectral algorithms, i.e., the direct transform method (RG), the transit time-weighting method (TW), the sample and holds interpolation method (SH), and the nonuniform Shannon reconstruction technique (SR), are evaluated and compared with the theoretical spectra for various sampling and flow conditions. Assessment is made of these processing algorithms over a broad range of data densities (0.05 d.d. 5 5.0) and turbulence levels (t.i. = 0.3, 1.0). In order to move closer to realistic experimental conditions, the influences of the ratio of the minimum number of periods required for frequency estimation to the maximum fringe number of the measuring volume (Q = 0.57), and the relative velocity by frequency shifting (R = 5.0) on spectral distortion are examined. Furthermore, the effect of the Reynolds stress coefficients on spectral bias is scrutinized.     

SIPM在脉冲光检测系统中的应用研究

为了实现硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SIPM)对超出光子计数极限的微弱脉冲光信号的测量,建立了基于SIPM积分工作模式的脉冲光检测系统。测试了SIPM在同一光信号照射下,偏置电压与增益以及信噪比之间的关系,并测试了同一增益条件下,SIPM对不同光信号的响应特性。结果表明:SIPM在积分工作模式下,其增益可以达到104以上,并随着偏置电压的增加而指数增长;其信噪比也随着电压的增加而增加,在光强比较微弱的情况下,SIPM对光强是线性响应的。所设计的系统可以在一定程度上替代光电倍增管进行微弱脉冲光信号的测量。