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。     

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。     

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。     

GaAs半导体激光器腔面高反射涂层的研究

通过对GaAs激光器谐振腔后腔面蒸镀SiO、Au高反射膜工艺过程, 分析涂层特性。反射率由无膜时的32%, 提高到94%以上, 保护了器件端面, 降低阈值电流, 提高激光输出功率和工作寿命。     

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。     

艾迈斯VCSEL技术支持低成本的固态激光雷达的快速发展

<正>VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,垂直腔表面发射激光器)是一种垂直于衬底面射出激光的半导体激光器。基本结构是一个"三明治"结构,由上下两个DBR反射镜和有源区这三部分组成。该项技术自1977年日本东京工业大学的伊贺健一提出VCSEL的概念开始,1996年被商业化,至今已获得了长足的发展。而且随着新应用的兴起,VCSEL技术得到了显著重视和改善,并终于克服了相关技术难题,实现大规     

金属有机化合物汽相淀积技术制备布拉格反射镜确定外延厚度的方法

外延膜层厚度的精确性对垂直腔面发射激光器(VCSEL)是十分重要的。应用传输矩阵方法分析了厚度偏差对半导体布拉格反射镜(DBR)反射谱的影响,并利用这种影响提出了一种金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)制备布拉格反射镜精确确定外延厚度的方法。据此,应用MOCVD生长了980 nmVCSEL外延片,其反射谱中心波长为982 nm。结果表明,应用这种方法能够实现材料厚度、MOCVD系统生长参数的定标以及为VCSEL的材料生长提供可靠的依据。     

基于约束理论的混流生产调度研究

提出了一种基于离散系统建模仿真方法的DBR(鼓-缓冲-绳子)改进方法,通过建立仿真模型并运行仿真模型来识别瓶颈资源,从而确定缓冲位置;采用模拟退火算法优化和确定相应的DBR控制参数,进而确定瓶颈资源和非瓶颈资源排程。实例计算表明,该方法能够有效优化和确定DBR生产控制参数,提高系统效率。     

半导体激光器列阵的smile效应与封装技术

为了减小半导体激光器列阵在封装过程中引入热应力而产生的smile效应,提高半导体激光器列阵光束质量,利用对半导体激光器列阵发光点成像放大的方法,准确测量了半导体激光器列阵的smile效应,测量误差为±0.1μm。由于smile效应的准确测量能客观地比较减小smile效应的各种技术与方法,本文根据分析测量结果,提出了通过优化封装半导体激光器列阵焊接回流曲线的方法,使smile效应值控制在±0.5μm内。该方法减小了半导体激光器列阵的smile效应值,提高了激光器列阵光束质量,为下一步研制小芯径、高光束质量半导体激光器列阵光纤耦合模块提供了基础条件。     

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.     

均匀光强分布的5kW半导体激光硬化光源研制

随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升,半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求,研制了波长为976nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率,采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏,使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明,在工作电流为93A时,光源的最大输出功率为5 120W,电光转换效率达47%,光斑尺寸为2mm×16mm,光斑分布为平顶分布,平整度大于90%,满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。     

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。     

基于合光技术的可变焦激光探照灯设计

为增加激光光源的光效,进一步实现远距离照明,可使用基于合光技术的方案,设计一种可变焦激光探照灯。采用多颗蓝光 LD 排成阵列的方法,利用玻璃反光碗的光回收技术,对激光探照灯进行光路设计;同时使用二向色片来控制发散角度,从而实现激光探照灯的可变焦控制。测量激光模组在1 A电流下输出的光通量,经计算,荧光陶瓷片出射的总光通量约为730 lm。此外,对匀光片的散射特性进行改变,可实现对聚焦激光光斑的控制。此研究实现了可变焦激光探照灯的光路设计以及对聚焦激光光斑的控制,并利用二向色片实现了蓝光和黄光混合白光输出。该光学系统的整体光效较高,有较强的实用意义。     

纳秒近红外KTP光学参量振荡器的理论设计

对纳秒近红外KTP光学参量振荡器(KTP-OPO)进行了全面系统的理论设计。讨论了KTP-OPO的相位匹配,计算了KTP的走离角、允许角和有效非线性系数,数值模拟了角度调谐曲线和增益曲线,从而确定了调谐范围为1.35~2.0 μm,晶体切割角为59.6°。同时,分析了晶体长度、走离角以及输出镜耦合率对OPO阈值的影响,总结了降低参量阈值的几种方法。     

直接测距型无扫描激光主动成像验证系统

为提高成像效率,研究了基于雪崩光电二极管(APD)阵列和分束照明的直接测距型无扫描激光主动成像系统。系统采用脉冲激光器作为光源,通过测量激光脉冲飞行时间来获取目标距离信息;基于达曼光栅进行分束照明以提高能量利用率。另外,光学系统采用收发共孔径结构,保证了目标处激光脚点和APD阵列各像元的几何对准。与参考APD所采用固定阈值时刻鉴别法不同,系统采用固定阈值与恒比定时相结合的时刻鉴别法处理回波APD阵列的输出信号以适应外光路参数的变化。各通道采用专用计时芯片TDC-GP22测量启停脉冲之间的时间间隔,实现了45ps的计时分辨率。最后,将19m和31m处放置的两个角反射器作为合作目标进行了成像实验,并给出了所获取的距离图像。结果表明:两个目标的平均距离分别为19.28m和31.54m,测距误差分别为0.28m和0.54m,显示提出的设计方案切实可行。     

基于神经网络的光伏阵列局部阴影建模研究

在局部阴影条件下,光伏阵列的输出特性将发生变化。利用神经网络具有逼近任意复杂非线性函数的能力,采用粒子群算法（PSO）来优化BP神经网络的内部连接权值和阈值,以改善神经网络的预测性能,并基于这种改进的神经网络结构搭建局部阴影下的光伏阵列模型。仿真结果表明,此算法泛化能力强、收敛速度快,能够对阴影下的光伏阵列进行建模。     

基于分束镜的两路光纤激光器相干合成研究

设计了利用一块45°半透半反分束镜作为干涉元件,使两路光纤激光器在输出端相干相长,从而实现相干合成输出的方案。详细分析了此方案的锁相机理,并在实验中成功实现了两路光纤激光器的相位锁定,获得了功率约360mW的相干合成激光输出,功率合成效率约为73%,合成输出后的激光束在轴上光强获得了大幅度提高。本方案结构简单,所有元件均可承受高功率,因此可实现更高功率的相干合成激光输出,是一种有前途的高功率光纤激光器相干合成方案。