大功率半导体激光器阵列的稳态和瞬态热行为

大功率半导体激光器的应用日益广泛.随着激光器光功率的不断增加,其结温也在急速上升.激光器结温的升高不仪会导致寿命、斜率效率和功率下降,阈值电流增大,而且会引起波长漂移,光谱展宽等,因此开展半导体激光器热没计和热优化的研究显得越来越重要.用数值模拟和实验相结合的方法对单巴(bar)条CS封装的60 W,808 nm半导体激光器连续工作时的稳态和瞬态热行为进行分析研究,定量确定了半导体激光器的温升及其构成,以及器件的时间常数.此外,还对半导体激光器件做了热优化,并在分析结果的指导下做出了各项性能指标均优良的半导体激光器阵列器件.     

半导体激光器辐照损伤效应实验研究进展

半导体激光器(LD)工作在空间辐射或核辐射环境中时,会受到辐照损伤的影响而导致器件性能退化。文章回顾了不同时期研制的LD(从早期的GaAs LD到量子阱LD和量子点LD)在辐照效应实验方面的研究进展,梳理了国际上开展不同辐射粒子或射线(质子、中子、电子、伽马射线)诱发LD辐射敏感参数退化的实验规律,分析总结了当前LD辐照效应实验方法研究中亟待解决的关键技术问题,为今后深入开展LD的辐照效应实验方法、退化规律、损伤机理及抗辐射加固技术研究提供理论指导和实验技术支持。     

新型双波长激光器热学特性研究

制备了一种新型双波长和单波长隧道再生半导体激光器,测试了两种激光器在25~105℃温度范围内的P-I特性曲线,对比分析了两种激光器输出光功率、阈值电流、斜率效率随温度的变化。测试结果表明,新型双波长隧道再生激光器有高输出功率、高斜率效率以及双激射波长等优点;高掺杂隧道结的引入以及双有源区的器件结构导致其热特性略差于单波长半导体激光器。     

850 nm垂直腔面发射激光器的辐射效应

为了探究850 nm高速垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL）在空间辐射环境中的退化规律与机制,开展了10 MeV质子和γ-射线辐照实验,获得了光功率和阈值电流退化规律,分析了辐射导致VCSEL参数退化的物理机理,此外,还开展了236 h的电注入退火研究。研究结果表明:VCSEL对γ射线导致的总剂量效应不敏感,且在一定剂量范围内光电特性由于沉积能量促进了量子阱界面附近的晶体有序而产生了一定程度的恢复:但是在质子辐照下,VCSEL的阈值电流和外量子效率发生了不同程度的退化,计算获得阈值电流损伤因子为1.468×10?15 cm2/p。经过20 mA注入增强退火后,阈值电流恢复了20%,25 mA注入电流下,光输出功率恢复了10%。阈值电流和外量子效率的退化归因于质子辐照引入的非辐射复合中心。这些实验结果为VCSEL及包含VCSEL的数据通信与仪器的系统在恶劣空间辐射环境下的应用提供支持。     

几种光学材料γ总剂量辐射效应

针对应用于某种全固化激光器的4种关键光学材料Nd:YAG晶体、Cr:YAG晶体、无膜窗口玻璃(UBK7)以及部分反射镀膜玻璃在γ总剂量辐照前后光学特性的变化情况,分析获得了几种光学材料的γ总剂量辐照效应,并对该全固化激光器抗γ总剂量辐射能力进行了预估。实验结果表明：Nd:YAG晶体对γ总剂量辐照敏感,抗辐射性能较差,不宜用于在较强辐射环境下工作的固态激光器设计,而Cr:YAG、无膜窗口玻璃以及部分反射镀膜玻璃γ总剂量辐照后性能参数变化小,抗辐射性能良好,可考虑在较强γ辐射环境下工作的全固化激光器设计选用。     

发光二极管电子辐照效应的研究

研究电子辐照对发光二极管（Light emitting diode,LED）性能的影响。利用电子加速器提供的电子束模拟空间电子辐射环境,试验时电子的能量是1.0 MeV,辐射最大剂量为1106 rad（Si）。辐照期间,采用异位测试的方法进行光学量和电学量的测量,并进行辐射后退火效应的研究。结果表明:随着辐照剂量的增加,LED的输出光功率近似线性衰减,其正向压降V增大,且不同的试验条件对LED性能损伤的程度不同。此外,辐射停止后的一段时间,器件的性能有所恢复,并趋于稳定。同时利用电子辐照机理对试验结果进行理论分析和讨论。     

自由空间用半导体激光器抗辐射的研究

为了提高半导体激光器的抗辐射性能,满足空间应用的需要,在介绍了空间辐射环境的基础上,对空间辐射在半导体激光器中产生的总剂量效应、单粒子翻转效应和位移效应进行了分析,并探讨了半导体激光器在空间辐射环境中相应的抗辐射防护技术。对980 nm单模半导体激光器采用了端面镀膜、Al2O3绝缘介质层、真空封装等抗辐射的改进措施,有效地提高了半导体激光器的抗辐射能力。     

医用半导体激光器的温度控制

主要叙述了用作激光针灸的半导体激光器温度控制的原理及初步设计,经PID模拟反馈回路调节,能在宽范围维持±0.5℃的温度控制精度,阈值电流有所降低,辐射波长稳定,输出功率最大值明显提高,并且线性较好。     

1.3μm混合应变量子阱激光器偏振特性分析

本文报道了采用混合应变量子阱作为有源区的激光器,并对其进行了测试和分析．偏振Ｐ－Ｉ曲线表明这种激光器的ＴＥ和ＴＭ激射模式分别对应于不同的阈值电流,ＴＭ模式的阈值电流在一定温度范围内随温度升高而降低,ＴＭ模式的斜率效率和总的斜率效率在一定温度范围内随温度升高而升高．测试了不同电流和温度下的偏振激射谱,两种激射谱随电流和温度改变都有很大变化,表明ＴＥ和ＴＭ激射模式之间有强烈的互作用．我们认为可能是由载流子分布与强激光辐射之间的非线性效应引起的．     

量子点激光器

半导体激光器是许多日常装置的关键部件。光纤通信和小型光盘驱动器可能是两个最为人熟知的例子，目前仍在世界范围努力研究与开发，以改善这些器件的性能，如使其更小，亮度更高，更有效，或可在新波长下激射。新的一类半导体激光器，即自组成量子点激光器，则在上述诸多方面显现很大希望。当一个导带中的电子与一个价带中的电子空位或空穴复合时，半导体激光器便辐射激光，发光波长一般取决于半导体的带隙宽度，即价带顶端与导带底部之间的能量差。例如，GainS半导体，带隙约1．9eV，发射红光。对半导体的大多数有用性能起重要作用的带…     

Contribution of Auger recombination to saturation of the light-current characteristics in high-power laser diodes (λ = 1.0–1.9 m m)

Spectral and light-current characteristics of lasers based on the asymmetric separate-confinement heterostructures InGaAs/InGaAsAl/InP and InGaAs/GaAs/AlGaAs/GaAs were studied in the pulsed mode of lasing. It is shown that, at high levels of current pumping, the charge-carrier concentration in the active region of semiconductor lasers for the near-infrared optical region increases beyond the oscillation threshold; drastic saturation of the light-current characteristics is observed. Processes occurring in lasers as the charge-carrier concentration increases beyond the lasing threshold are studied theoretically. It is established that, at high pump levels, the rate of stimulated recombination decreases, the lifetime of charge carriers increases, and both the concentration of emitted photons and the quantum yield of stimulated radiation decrease. It is shown that variations in stimulated recombination, the decrease in the quantum efficiency, and saturation of the light-current characteristic in semiconductor lasers at high levels of current pumping are caused by the contribution of the nonradiative Auger recombination.     

GaSb基半导体激光器功率效率研究

为了提高GaSb基半导体激光器的功率效率和可靠性,研究了GaSb基半导体激光器欧姆接触形成机理并提出了一种新型四层金属欧姆接触结构(Ni/AuGe/Mo/Au)。进行了Au/Mo/AuGe/Ni/n-GaSb在150 ℃~450 ℃退火温度下欧姆接触的实验研究,结果表明,新结构能够在250 ℃~450 ℃退火温度和10 min退火时间下形成良好的欧姆接触并具有较低的接触电阻率,有效地提高了GaSb基半导体激光器的功率效率。俄歇射线能谱分析表明,新型金属化结构中各原子之间的互扩散减少,结构表面形貌光滑、平整,有助于半导体激光器后续封装的进行,有效地提高了GaSb基半导体激光器的可靠性。     

半导体微腔激光器瞬态响应及调制特性分析

针对半导体微腔激光器的结构特点,考虑到腔量子电动力学中自发辐射增强效应,采用传统速率方程的表示形式,建立了微腔激光器的速率方程,着重讨论了微腔激光器的瞬态响应及调制特性,给出了其动态特性的仿真结果,分析了自发辐射因子、注入电流和腔长对微腔激光器的激射阈值、延迟时间、驰豫振荡频率和光输出等参量的影响,从而为改善微腔激光器的高频调制特性和优化器件结构提供了理论依据。     

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。     

Absorption, emission, and gain spectra of 1.3 µm InGaAsP quaternary lasers

The spontaneous emission spectrum of mesa lasers was analyzed to determine the absorption and gain spectra at threshold. The radiative current density at threshold was found to be 4.4 kA cm^-2μm^-1, which is 60 percent of the total current density for the lowest threshold mesa laser. The increase in radiative lifetime due to reabsorption of emitted radiation was calculated to be 1.5, using file measured absorption and emission spectra. Contrary to other studies, our investigation of an LED and 3 lasers of different types yielded no evidence of carrier heating.     

半导体激光器的电噪声

通过测量激光器的电噪声,可以用来在线监测器件的诸多特性,如阈值电流的大小,是否有模式跳变发生,以及谱线宽窄等.另外,根据电噪声的大小,还可以对器件的质量和可靠性作出评价,具有快速、方便、无损等优点.文章概述了半导体激光器的电噪声,对其主要应用进行了综合和讨论,概括性评述了该领域目前的研究进展.     

高效率大功率连续半导体激光器

从大功率半导体激光器的工作机理出发,对影响激光器电光转换效率的主要因素,如激光器的斜率效率ηd、阈值电流Ith、开启电压V0、串联电阻Rs以及工作电流I等进行了分析,进而讨论了提高电光转换效率的主要技术途径。通过对应变量子阱大光腔激光器外延材料开启特性的优化、大功率激光器芯片横向限制工艺的改进以及对大功率微通道热沉制作等技术的研究,制作了808nm连续半导体激光器阵列。在工作电流140A时,阵列工作电压为1.83V,输出功率145W,电光转换效率达到56.6%。     

The temperature dependence of internal optical losses in semiconductor lasers (λ = 900–920 nm)

The temperature dependences of radiative characteristics of semiconductor lasers based on asymmetric heterostructures of the separate confinement with an extended waveguide fabricated by MOCVD epitaxy (the emission wavelength λ = 900–920 nm) are studied. It is established that the threshold concentration in the active region and waveguide layers of the laser heterostructure of the separate confinement increases in the CW lasing mode as the pumping current and temperature of the active region are increased. It is established experimentally that, in the temperature range of 20–140°C, the stimulated quantum yield remains unchanged. It is shown that the temperature delocalization of charge carriers leads to an increase in the carrier concentration in the waveguide layers of the laser heterostructure. The total increase in internal optical losses due to scattering by free charge carriers in the layers of the active region and waveguide layers of the laser heterostructure leads to a decrease in the differential quantum efficiency and to saturation of the watt-ampere characteristic of semiconductor lasers in the continuous lasing mode.