Ridge-width dependence on high-temperature continuous-wave quantum-cascade laser operation

We report continuous-wave (CW) operation of quantum-cascade lasers (/spl lambda/=6 /spl mu/m) up to a temperature of 313 K (40/spl deg/C). The maximum CW optical output powers range from 212 mW at 288 K to 22 mW at 313 K and are achieved with threshold current densities of 2.21 and 3.11 kA/cm/sup 2/, respectively, for a high-reflectivity-coated 12-/spl mu/m-wide and 2-mm-long laser. At room temperature (298 K), the power output is 145 mW at 0.87 A, corresponding to a power conversion efficiency of 1.68%. The maximum CW operating temperature of double-channel ridge waveguide lasers mounted epilayer-up on copper heatsinks is analyzed in terms of the ridge width, which is varied between 12 and 40 /spl mu/m. A clear trend of improved performance is observed as the ridge narrows.     

Heatsink requirements for coherent operation of high-power semiconductor laser arrays

The heatsink requirements for coherent operation of laser diode arrays are examined by thermal analysis of specific heatsinks and the phase locking of laser diodes. It is shown that mounting laser diode arrays at the edge of semi-infinite copper heatsinks results in temperature variations between individual laser diode elements that are too large to permit coherent operation except at relatively low-power levels. It is also shown that by the use of diamond and/or shaped heatsinks it is possible to operate large arrays coherently to high optical output levels.     

大功率低阈值980nm单模AlGaInAs/AlGaAs量子阱激光器

To achieve low threshold current as well as high single mode output power,a graded index separate confinement heterostructure(GRIN-SCH)AlGaInAs/AlGaAs quantum well laser with an optimized ridge waveguide was fabricated.The threshold current was reduced to 8 mA.An output power of 76 mW was achieved at100 mA current at room temperature,with a slope efficiency of 0.83 W/A and a horizon divergent angle of 6.3.The maximum single mode output power of the device reached as high as 450 mW.     

大功率半导体激光器腔面抗烧毁技术

首先介绍了连续激光器单管老化试验,试验通过测试不同老化时间激光器腔面的烧毁功率,对腔面烧毁发生的过程进行了分析。分析认为,大功率半导体激光器腔面烧毁失效的根本原因是腔面烧毁功率在老化过程中持续减小,最终低于激光器输出功率,造成激光器灾变性光学镜面破坏(COMD)。随后对腔面烧毁的微观物理机理进行了介绍,重点讨论了腔面缺陷相关的非辐射复合、量子阱带边吸收、自由载流子吸收造成的腔面温度升高以及腔面高温导致腔面缺陷密度增加并且向腔内攀移的微观过程。最后,介绍了电流非注入腔面、大光腔材料、长腔长设计、腔面离子铣钝化工艺等腔面抗烧毁技术研究情况,并对这些技术提高腔面抗烧毁功率以及改善腔面长期稳定性的效果进行了讨论。     

980nm大功率垂直腔底发射激光器

报道980nm大功率底发射垂直腔面发射激光器的结构、研制及器件的阈值电流、输出功率和光谱特性．在室温(24℃)下，5A连续电流工作时，出光孔径400μm的器件激射波长为984．1nm，输出功率达到1．42W，是目前所能见到报道中最高的．研究了出光孔径600μm的器件在连续工作时，激射波长、光谱半高宽随注入电流的变化以及在重复频率100Hz，脉冲宽度50—1000μs条件下的输出功率、效率与注入电流的关系．     

低功率激光二极管抽运的室温运转Yb:YAG激光器

报道了低功率激光二极管(LD)抽运的1030nm Yb:YAG全固态激光器。由于Yb:YAG为准三能级结构,自吸收损耗大,振荡阈值高,因此采用双路偏振耦合系统增加注入功率密度,并通过降低晶体掺杂浓度,选取合适晶体厚度,用半导体制冷器(TEC)有效制冷,在线性腔中实现了1030nm波长稳定输出。Yb:YAG晶体Yb离子掺杂原子数分数为8%,几何尺寸为11mm×0.7mm,晶体面对输出镜一端镀940nm高反膜,使未被吸收的抽运光反射回去,再次抽运晶体,从而提高了抽运光的利用效率,当注入功率为2W时,1030nm输出功率为192.8mW,光-光转换效率为9.6%,2h内稳定度小于3.5%。     

Very large bandwidth strained MQW DFB laser at 1.3 μm

A 3-dB bandwidth of 20 GHz has been demonstrated for a compressively strained multiquantum well InGaAsP-InP DPB laser operating at 1.3 μm. The laser displayed superior static performance including very low threshold current (~8 mA), high external quantum efficiency (0.44 mW/mA), high CW output power (>60 mW) and high temperature operation     

激光二极管端面抽运Tm:YAG激光器

研究了输出波长为2.018μm的激光二极管(LD)抽运Tm∶YAG激光器。通过准三能级系统的速率方程,分析了激光系统的抽运阈值和斜率效率。同时,利用ABCD矩阵分析了平凹腔和双凹腔的腔型稳定条件和模式匹配情况。实验时采用785 nm的光纤耦合半导体激光器为抽运源,当采用平凹直腔,Tm∶YAG晶体为5℃时,获得了4.04 W的连续激光输出,激光器斜率效率为35.4%,光-光转换效率为26.4%。实验比较了不同晶体温度下Tm∶YAG激光器的阈值、功率和效率。实验结果与理论分析基本吻合。此外,还研究了激光器腔型对激光输出功率和效率的影响。     

连续波工作高功率应变单量子阱半导体激光器

利用金属有机化合物气相淀积 ( MOCVD)技术成功生长了 In Ga As/Ga As/Al Ga As分别限制应变单量子阱材料 ,用该材料制成的单管半导体激光器在室温下连续波输出功率高达 2 .36 W,中心激射波长为 94 4nm,斜率效率高达 0 .96 W/A,阈值电流密度为 177.8A/cm2。该波长的半导体激光器是 Yb:YAG固体激光器的理想泵浦源。     

高功率窄脉冲垂直腔面发射激光器n-DBR反射率的优化

从理论上研究了n型分布布拉格反射镜(n-DBR)的反射率对器件阈值电流、输出功率以及转换效率的影响,得出了最佳反射率。在此基础上研制了垂直腔面反射激光器(VCSEL)单管和阵列器件,采用波形分析法对VCSEL器件的功率进行了测试。在脉冲宽度60ns,重复频率100Hz条件下,500μm口径单管器件在注入电流为110A时,峰值输出功率达102W,功率密度为52kW/cm2,4×4、5×5阵列器件在100A时,功率分别达到98W和103W。对比了单管器件在连续、准连续和脉冲工作条件下的输出特性和光谱特性,连续和准连续条件下激射波长的红移速率分别为0.92nm/A和0.3nm/A,6A时的内部温升分别为85℃和18℃,而脉冲条件下激射波长的红移速率仅为0.0167nm/A,6A时的温升为1.5℃,远小于连续和准连续的情况,这也是器件在脉冲条件下能得到很高输出功率的主要原因。     

85W高稳定全固态绿光激光器的研究

研究了平均功率达 85W高功率高稳定性全固态绿光激光器 ,从理论上分析了全固态内腔倍频晶体热效应相位失配对输出功率的影响 ;数值模拟了倍频晶体内部的热量分布 ,计算了倍频晶体相位匹配角随温度变化的失配量。在实验中 ,采用 80个 2 0W的高功率半导体激光器侧面抽运单Nd∶YAG棒 ,采用双声光Q开关、高效平凹谐振腔结构 ,对大尺寸KTP晶体进行角度偏离法补偿相位失配并配合强冷却等技术 ,实现高功率内腔倍频激光器的稳定运转 ;在抽运电流为 17 3A时 ,实现了重复频率为 2 0 4kHz,脉冲宽度 2 30ns,输出功率为 85W的高功率、高重复频率绿光 ( 5 32nm)输出 ,不稳定性为± 1 0 3% ,光 光转换效率为 9 7%。     

激光二极管抽运单块高斜度效率环形腔单频固体激光器

对于单块结构非平面环形腔单频固体激光器．谐振腔尺寸和输出耦合面偏振膜反射系数的选取是其获得单频、高效率、高功率输出的关键。采用琼斯矩阵的方法讨论了单块激光器获得单频输出的工作原理。通过对谐振腔回路琼斯矩阵特征值的平方及特征值平方差的计算，提出了在品体尺寸、磁场及抽运功率一定的情况下．通过对单块非平面环形腔输出耦合面偏振膜反射系数的设计来提高激光器的单频输出功率及斜度效率的方法。实验采用光纤耦合输出激光二极管(LD)纵向抽运单块激光器，当抽运功率最高用到2．83W时。获得了最大1．20W的1064nm单频激光输出．斜度效率达47．4％。     

基于光纤光栅法布里-珀罗腔的高效窄线宽光纤激光器

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er~(3 )光纤为增益介质,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模,产生了稳定的1534．83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运,两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW,在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39．5 mW,单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27％,斜率效率为29．7％。随着抽运功率的增加,激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了15 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到激光器的线宽小于7kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感系统。     

激光二极管抽运Tm:YAP晶体实验研究

简要阐述2 μm激光光源的广泛应用需求,分析掺铥铝酸钇(Tm:YAP)晶体的能级结构和吸收光谱特性,报道了采用激光二极管(LD)端面抽运Tm:YAP晶体的方式,实现室温下2 μm激光的高效输出。在激光二极管输出功率为19 W时, 2 μm连续激光输出功率为6.5 W,光光转换效率达34％,斜率效率为47.5％。经过声光(AO)Q开关进行调制后,在重复频率10 kHz下,获得5.4 W的动态激光输出,激光单脉冲宽度为70 ns,激光二极管输出功率到2 μm激光动态输出功率的转换效率为28％,斜率效率为42％。通过实验验证了激光二极管端面抽运Tm:YAP晶体在室温下高效输出的特性。     

2μm全光纤结构铥钬共掺光纤激光器

为了实现高效、全光纤化的2μm激光输出,采用中心波长为1569nm附近的级联双包层铒镱共掺光纤放大器来抽运铥钬共掺单模光纤、1550nm/2000nm波分复用器、光纤耦合器构成的环形腔全光纤激光器。当915nm LD抽运驱动电流为6.9A时,获得的最大输出激光功率为57.23mW,斜率效率约为12%,线宽约为4.5nm,阈值抽运功率约为180mW。结果表明,该光纤激光器性能可靠,其在光纤传感、激光医疗等领域将有巨大应用前景。     

微通道散热大功率半导体激光器研究

基于GaInAs/AlGaAs应变量子阱大光腔结构激光器芯片和无氧铜微通道热沉,采用In焊料烧结工艺,制作了976nm大功率连续激光器单条。在20℃热沉冷却条件下,输入电流110A时,输出功率104.9W,电光转换效率达到最大值64%。输入电流300A时,输出功率276.6W,电光转换效率达到54.2%。对激光器单条的热阻以及特征温度进行了测试分析,根据分析结果模拟了激光器单条在大电流下的输出特性,模拟结果显示热饱和是限制激光器最大输出功率的原因。因此,为了提高大功率激光器的输出功率,需要进一步提高激光器的特征温度,并降低热阻以改善散热情况。     

Passively cooled 940 nm laser bars with 73% wall-plug efficiency at 70 W and 25/spl deg/C

940 nm laser bars with a vertical divergence of 27/spl deg/ (FWHM) and a filling factor of 30% were operated on passively cooled heatsinks at 25/spl deg/C. The maximum output power was 95 W, the maximum wall-plug efficiency was 73% at 70 W. Reliable CW and quasi-CW operation up to 98 W was demonstrated.     

激光二极管抽运的Nd:NYW/LBO绿光激光器

报道了用激光二极管(LD)抽运的掺钕钨酸钇钠[Nd3 :NaY(WO4)2](简称Nd:NYW)绿光激光器。腔内采用Ⅰ类临界相位匹配LBO(LiB3O5)作为倍频晶体,阈值抽运功率为410mW,在抽运功率为1.5W时获得了87mW的530nm连续激光输出,基频光-光转换效率大于25%,斜率效率为7.98%。     

High power λ～8.5 μm quantum cascade laser grown by MOCVD operating continuous-wave up to 408 K

Robust quantum cascade laser(QCL)enduring high temperature continuous-wave(CW)operation is of critical import-ance for some applications.We report on the realization of lattice-matched InGaAs/lnAIAs/InP QCL materials grown by metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD).High interface quality structures designed for light emission at 8.5μmare achieved by optimizing and precise controlling of growth conditions.A CW output power of 1.04 W at 288 K was obtained from a 4 mm-long and 10 μm-wide coated laser.Corresponding maximum wall-plug efficiency and threshold current density were 7.1％and 1.18 kA/cm2,respectively.The device can operate in CW mode up to 408 K with an output power of 160 mW.     

多通道及铟封技术改善晶体热效应

为了解决激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中晶棒的散热问题,结合多通道和铟封技术,设计并加工了新型散热装置。采用激光二极管端面抽运Nd:GdVO4晶棒,在输入抽运功率28 W的时候,利用传统铟包式直通孔热沉器、铟包多通道式热沉器和铟封多通道热沉器分别获得8.7 W,10.5 W和11.9 W的最大输出功率, 相应的光-光转换效率分别为31%,38%和44%,斜率效率分别为36%,42%和49%。而且采用铟封多通道热沉器,输入40 W的抽运功率时得到了17.5 W的输出功率,此时仍未见饱和。可见无论最大输出功率,光-光转换效率还是斜率效率,结合了铟封技术的多通道式热沉器都比前两种热沉器散热效果好。此外,通过对热透镜焦距和基模输出功率的测量,进一步验证了铟封技术的多通道式热沉器的优点。