隧道再生半导体激光器的三维稳态热特性研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型,利用有限元方法模拟计算得到了两有源区隧道再生半导体激光器稳态三维温度分布.模拟结果表明,靠近衬底的有源区的光出射腔面中心的温度最高.在平行于结的方向上,温升集中在脊形电极内;在垂直于结的方向上,靠近衬底的有源区温度始终高于靠近热沉的有源区的温度;沿腔长方向,在光反射腔面附近温度下降较快.随着注入电流的增大,两有源区的温度升高,温差变大.实验测量了不同注入电流下器件的峰值波长,将其转换为温升,与模拟结果吻合.     

905nm隧道带间级联非耦合双有源区半导体激光器

通过对有源区、波导层、限制层和隧道结的分析 ,设计了激射波长为905nm的隧道带间级联非耦合双有源区半导体激 光器。采用金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)系统外延法生长了器件,并经过光刻、 腐蚀、解理和焊装等工艺,制备了激射波长为905nm的隧道带间级联 非耦合双有源区半导体激光器。腔面 未镀膜时,在1.2A的脉冲注入电流下,器件的峰值波长为904.4nm,垂直远场为单峰,发 散角为25.8°,表明两个有源区的光场未发生耦合,斜率效率为1.12W/A,为相同结构单有源区器件的1.9倍。     

隧道再生大功率半导体激光器瞬态热特性研究

讨论了隧道再生大功率半导体激光器内部的热源分布，利用有限元方法模拟计算了其在脉冲工作下的二维瞬态热分布，同时测量了不同时刻波长的漂移量并换算为温升值，与计算结果进行了比较，二者基本吻合。模拟结果还表明靠近衬底的有源区温度略高于靠近热沉的有源区温度；用金刚石一铜热沉替换铜热沉，还可以很好地降低器件内部温升，使隧道再生大功率半导体激光器能够高效工作。     

隧道再生半导体激光器热弛豫积累过程研究

针对隧道再生半导体激光器,建立了内部的热源分布模型。利用有限元方法模拟计算得到了两有源区隧道再生半导体激光器在不同占空比下工作时的热弛豫积累过程。模拟结果表明,芯片达到平衡前的热弛豫积累时间和达到热平衡时的温度均随注入电流占空比的增加而增加,热弛豫积累时间小于200ms。芯片内部温度分布表明,靠近衬底的有源区温度略高于靠近热沉的有源区温度,但温度差较小,热效应造成的波长漂移不会造成双峰现象。实验测量了在相同的边界条件下,不同占空比下器件的峰值波长,将其转换为温升,与模拟结果吻合。     

半导体激光器矢量光场分布研究

为了实现在利用衍射光学器件整形半导体激光器时,得到半导体激光器各个电磁分量的分布,且该分布能够在较近的距离上仍然适用的目的,采用基尔霍夫衍射理论和非傍轴条件下的菲涅耳近似理论推导和MATLAB语言编制相应的数值计算程序的方法,得到半导体激光器各电磁分量分布的结果。结果表明,除在特殊方向上,半导体激光为TM波和TE波的混合模,数值程序实现了计算不同距离上半导体激光器各个电磁分量的分布情况的功能。这对设计和分析半导体激光器衍射整形光学器件具有重要意义。     

连续波工作大功率半导体激光器阵列的温度分布

用Ansys 软件模拟了大功率半导体激光器阵列的稳态温度分布,并对自行研制的半导体激光器阵列的温度变化进行了测试,结果表明理论计算与实验结果基本吻合.该模拟结果对大功率半导体激光器阵列的封装设计具有现实的指导意义.     

分布反馈半导体激光器电路模型

以周期波导结构的合模方程及载流子密度速率方程为基础，在适当的假定条件下，本文得到一个比较简单的适于无内部相移的折射率耦合单模分布反馈半导体激光器电路模型，用本模型得到的模拟结果与报道的结果符合很好。     

分布反馈半导体激光器的调制谱

本文推导了啁啾光脉冲的表达式，研究了不同调制状态下分布反馈半导体激光器的谱特性，并分析了展宽谱生成的过程。     

热沉尺寸对半导体激光器有源区温度的影响

半导体激光器随着输出功率的提高在各领域的应用日益广泛,但芯片温度升高引起的功率饱和问题仍然是目前研究的重点之一。利用ANSYS软件对工作波长为808nm的单芯片半导体激光器的芯片有源区温度与封装热沉尺寸的关系进行了稳态热分析,模拟得出不同热沉参数条件下封装激光器芯片有源区温度的变化曲线,并提出一种散热较好的结构方案。     

高温高效率半导体激光器阵列封装结构研究

分析了热沉和陶瓷基板对背冷式封装结构半导体激光器阵列性能的影响.通过栅格化厚铜填充技术降低了复合金刚石热沉的等效电阻,并实现了热膨胀系数匹配;采用热沉和陶瓷基板嵌入焊接技术,提高了封装散热能力和稳定性.制作了间距为0.4 mm的5Bar条芯片阵列样品,在70℃热沉温度、200 A工作电流(占空比为1％)条件下进行性能测试,结果显示器件输出功率为1 065 W、电光转换效率为59.2％.在高温大电流条件下进行了 1 824 h寿命试验,器件表现出良好的可靠性.     

半导体激光器模块散热特性影响因素分析

数值分析了大功率半导体激光器模块的散热特性及温度场,以及焊料、热沉、导热胶和冷水板温度等参数对芯片内部最高温度的影响.结果表明,焊料厚度小于24 μm时,其导热系数对芯片内部最高温度影响较弱,无高阻层形成;芯片内部最高温度随着热沉长或宽尺寸及导热系数的增大,呈指数形式下降,随着热沉厚度的增大呈对数形式升高;当导热胶导热系数大于20 W/(m·K)、厚度小于30μm时,芯片温度趋于稳定;冷水板温度与芯片内部最高温度呈比例系数为1的线性相关性.根据分析结果提出了激光器封装部件的尺寸、导热系数或材料的设计和选择原则.     

混合抛物面反射二维面发射可见光半导体激光器

研制成功一种新型混合式面发射半导体激光器。它由水平端发射列阵激光器和蒸金GaAs反射抛物面构成。已实现的二维六单元面列阵激光器室温脉冲峰值功率达230mw。     

一种带温度参量的半导体激光器速率方程及仿真求解

研究并求解了热效应条件下的半导体激光器的速率方程。在经典速率方程的基础上,通过引入热效应特性,得到了带温度参量修正的速率方程组,然后利用Simulink软件工具,对该非线性微分方程进行仿真求解,最后以某分布反馈激光器的参量为例,得到了不同偏置点、不同调制信号及不同温度条件下速率方程的瞬态解,并据此分析了弛豫振荡、频率啁啾等特性。仿真求解结果符合该型激光器的瞬态特性,为该型激光器设计制造和应用选型提供了一定的参考。     

隧道级联半导体激光器的光束质量因子

运用波导模式理论和光束传输的非傍轴矢量矩理论,对隧道级联InGaAs/GaAs/AlGaAs半导体激光器的光束质量进行了理论研究.分析了隧道级联半导体激光器内限制层厚度和垂直方向光束质量因子的关系.结果表明,在隧道结耦合距离内,隧道结不仅起到了再生载流子的作用,也作为无源波导拓展了光场,减小了垂直发散角,降低了光束质量因子.根据模拟结果设计并制备了高光束质量,小垂直发散角的隧道级联耦合大光腔半导体激光器,其阈值电流密度为271A/cm2,斜率效率为1.49W/A,垂直发散角为17.4°,光束质量因子为1.11的半导体激光器     

新型隧道带间级联双波长半导体激光器

提出了通过隧道带间级联实现半导体激光器有多个激射波长的新型物理思想 ,并以GaAs为隧道结 ,InGaAs应变量子阱为有源区 ,利用金属有机物化学气相沉积 (MOCVD)生长了含有两个有源区的双波长半导体激光器。制备了 90 μm条宽的脊型波导器件结构 ,测试得到了能同时激射 95 1nm和 986nm两个波长的双波长半导体激光器 ,腔面未镀膜时的斜率效率达到了 1 12W A ,垂直远场为基模 ,水平方向发散角为 10° ,垂直方向发散角为 36°。