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850 nm 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480 mW;阈值电流分别为0.15,0.25和0.4 A;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50 μs、重复频率为100 Hz 时,最大输出功率分别为90,318和1 279 mW;阈值电流分别为0.2,0.5和0.7 A。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In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08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In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08量子阱的带阶。对采用In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08和In0.2Ga0.8As/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In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.084×4VCSEL列阵获得了123 W的脉冲峰值功率,比具有相同发光面积的In0.2Ga0.8As/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In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08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.     

Water jet velocity uncertainty in laser Doppler velocimetry measurements

The present work deals with the uncertainty evaluation in water jet velocity measurements carried out by means of a laser Doppler dual-incident-beam velocimeter in reference-beam configuration developed at the WJLab (Water Jet Laboratory of Dipartimento di Meccanica of Politecnico di Milano). The applied experimental procedure makes it possible to calculate the measurement uncertainty through the determination of its various components. Once uncertainty is known, the laser Doppler system is suitable for objective and significant velocity evaluations but also for improvements allowed by the knowledge of the most effective uncertainty sources. Such a subject is typically not considered by the specific water jet literature, but is becoming more and more important due to the evolution of water jet machining towards high precision applications.     

基于 S-G 滤波与包络提取算法的半导体激光器自混合干涉微位移测量

针对在半导体激光器自混合干涉( SMI )微位移测量中,测量噪声对 SMI 信号条纹计数极易引入误差,提出一种基于 Savitzky Golay ( S-G )滤波与包络提取的 SMI 信号处理算法,对自混合信号处理并识别条纹后,干涉条纹能够得到准确地计数。该算法采用 S-G 卷积均值滤波处理、三次样条函数插值包络分析和信号归一化处理,可以有效消除噪声高频信号和提取信号包络。采用电压调制模式下驱动压电陶瓷( PZT )产生微振动作为模拟振动源,实验中设置 3 组不同电压调制幅值下的振动源,采集并分析 SMI 信号及相应振幅信息。在 3 组实验当中,经过算法处理过的 SMI 信号,其干涉条纹数与电压调制 PZT 振动幅值由处理前偏离线性关系到处理后保持线性关系。实验结果表明,经 S-G 滤波与包络提取算法处理过的 SMI 信号能真实反映微米量级的微位移。     

A fiber optic methane sensor based on wavelength adaptive vertical cavity surface emitting laser without thermoelectric cooler

Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) technique and the feature of Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) wavelength scanning range up to dozens of nanometer, methane detection technique based on wavelength adaptive VCSEL without Thermoelectric Cooler (TEC), is proposed, then the laser methane sensor system design is followed. The reliability experiments study under variety of environments in laboratory, such as temperature impact test, damp heat, and cyclic and dusty impact test, were carried out. And then the test data and some analysis were given. These data verified the feasibility of the wavelength adaptive technique, and these data showed the laser methane sensor can provide long working time without any calibration, and they have the advantages of high accuracy and stability.     

参数相关随机信息约束下的地面脉冲激光扫描仪自校准

针对地面脉冲激光扫描仪自校准参数中存在的高相关性问题,基于全站仪误差模型提出了一种脉冲激光扫描仪自校准统一方法。该方法初始假设激光扫描仪的校准参数与全站仪的系统误差相似,通过引入估计参数的相关随机信息以及选择合适的网络配置,实现了降低参数相关性和提高参数估计可靠性的目的。通过平差方法对估计参数赋予权重信息,把所有参数都视为最小二乘平差中的观测值,权重越高参数相关性期望越低。最后,采用该方法对脉冲激光扫描仪Leica scan station实施了自校准。实验结果表明,该方法能够高精度估计大多数参数且实现了参数间的低相关性,有利于随机内部约束平差的使用;重大的系统误差是激光测距仪零误差和竖盘指标差,其中为了得到零误差的可靠估计,须以约1mm的精度确定扫描仪的位置。     

基于维诺图匹配的粒子跟踪测速法

针对密集颗粒流速度场分布的测量问题,提出了基于维诺图匹配的粒子跟踪测速法。首先,通过对图像粒子进行维诺图构建,给出面积相似度筛选匹配粒子的条件;其次,引入Delaunay三角网搜索结构,通过计算维诺多边形的形状相似度来匹配粒子;再次,研究了去除错误匹配粒子矢量的方法和匹配算法中的关键参数;最后,通过模拟二维旋转流场运动以及二维转盘中的颗粒流实验对算法进行了测试。结果表明:维诺图匹配的匹配准确率高于DT-PTV并且在处理密集粒子匹配效果上更好;维诺图匹配算法适用于测量密集颗粒流速度场分布,颗粒匹配准确率高达99%,并由得到的颗粒流速度场分布验证了算法的有效性。