140W高功率非对称宽波导980nm半导体激光器

为了提高半导体激光器(LD)的出光功率,优化了P型波导层以及限制层的厚度。将光场的对称分布变成非对称分布,降低了有源区的光限制因子,从而降低了器件腔面的功率密度,避免器件出现腔面灾变损伤(COD);提高LD的电光转换效率,减小器件的散热路径,降低器件的热阻,从而有效抑制了器件的热饱和。设计并制作了非对称宽波导980 nm高功率LD。器件的综合测试性能为:当器件的注入电流为161 A时,器件的输出功率达到139.6 W,对应的斜率效率、电压和电光转换效率分别为0.91 W/A、1.79 V和48.4%。     

0.98µm非对称宽波导高效率半导体激光二极管

本文设计了一种新型的非对称宽波导半导体激光二极管结构,通过优化P型波导层以及限制层厚度,器件的内损耗、串联电阻以及热阻得到大大的降低,同时采用GaAs0.9P0.1/InGaAs应变补偿量子阱结构代替GaAs/InGaAs结构,提高了半导体激光器的内量子效率。采用上述措施,半导体激光二极管的电光转换效率得到了很大的提高,当电流为30A时,20％占空比1cm巴条的激光二极管的点关转换效率达到峰值,为60％。实验结果表明：这种波导层厚度不一致的非对称波导结构是提高半导体激光器效率的有效措施     

非对称异质波导半导体激光器结构

提出了一种非对称异质波导半导体激光器外延结构,即通过优化选择材料体系和结构厚度,对器件外延层的P侧限制结构和N侧限制结构分别设计,从而降低器件的电压损耗,使其满足高输出功率以及高的电光转换效率的要求.从载流子的输运和限制等微观机制出发,对器件的主要输出特性进行了理论分析和数值模拟,并以此为根据设计和制作了一种1060 nm In Ga As/Ga As单量子阱非对称异质波导结构半导体激光器,并对器件的主要输出特性进行了测试.实验结果表明,非对称异质结构是降低器件的电压降、增大限制结构对注入载流子的限制,提高半导体激光器电光转换效率的有效措施.     

高功率1060 nm半导体激光器波导结构优化

针对高功率1060 nm半导体激光器的外延结构,分析了影响器件功率进一步提高的原因.根据分析,优化了激光器的量子阱结构和波导结构,并理论模拟了波导宽度对模式和输出功率的影响.根据不同模式的光场分布,对量子阱有源区的位置进行了优化,并设计了非对称、宽波导结构.对不同模式的限制因子进行了计算,结果表明,优化后的非对称波导结构能够在降低基模的限制因子的同时,增加高阶模式的损耗.     

980nm高功率列阵半导体激光器

分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素。利用分子束外延生长方法生长出InGaAs/GaAs应变量子阱激光器材料。利用该材料制作出的应变量子阱列阵半导体激光器准连续（100Hz,100μs）输出功率达到80W（室温）,峰值波长为978－981nm。     

高效率半导体激光器波导层掺杂的优化设计

为获得高效率半导体激光器,理论分析并计算了p型波导层四种不同掺杂浓度分布对器件内损耗、串联电阻、阈值电流以及电光转换效率的影响,由此优化了p型波导层的掺杂浓度分布和厚度。根据计算及优化结果,p型波导层采取线性s杂分布,厚度为0.45μm,制备了腔长1200μm的980nm半导体激光器,其阈值电流为324mA,内损耗为1.62cm-1,串联电阻为136mΩ。当输入电流为1.98A时,激光器的斜率效率和输出光功率分别为1.05W/A和1.74W,对应的电光转换效率从未优化时的54.6%提高到58.4%。     

平板宽波导激光器直流放电特性研究

研究了平板宽波导激光器的直流放电特性和放电区内的气体温度分布。实验和理论分析表明,在给定放电区内最大气体温升的情况下．放电区内所允许的最大注入功率与放电面积成正比,即在直流电激励下平板宽波导激光器具有功率“面积放大”功能。从而为中、大功率ＣＯ２激光器小型化研究提供了新的途径。     

高功率980nm垂直腔面发射激光器的温度特性

应变补偿量子阱结构因带宽大、增益高和波长漂移速度低等特点而成为近年来研究的热点.首次介绍了国内980 nm 高功率InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构的垂直腔面发射激光器(VCSEL) 变温实验,测得脉冲条件下600 μm直径的器件在10-100℃温度范围内发射波长漂移速度为0.05 nm/K,阈值电流随温度变化呈现先缓慢下降后迅速上升的特性.结合VCSEL反射谱、PL谱和增益峰值波长漂移速度,对器件阈值电流特性进行了合理的分析和解释.连续工作状态下,测试得到器件峰值功率为1 W,根据波长与耗散功率的实验曲线及热阻计算公式,可估算出垂直腔面发射激光器热阻值为10 K/W.     

高功率高光束质量980nm垂直腔底面发射激光器

报道了优化p面电极的高功率高光束质量980nm垂直腔底面发射激光器(VCSEL).采用数学模型对VCSEL的电流密度进行了模拟计算,发现电流密度分布由氧化孔直径和p面电极直径决定.确定氧化孔直径后,优化p面电极直径可以实现电流密度的均匀分布,抑制远场光斑中高阶边模的产生.将p面电极直径优化为580μm,制作的600μm的VCSEL远场发散角从30°减小到15°,优化器件的阈值电流和最高输出功率都略有增加.通过改进器件封装方式后,器件输出功率达到2.01W,激射波长为982.6nm.     

Improved-performance, InGaAs/InGaAsP (/spl lambda/=980 nm) asymmetric broad-waveguide diode lasers via waveguide-core doping

Doping the waveguide core (p=2/spl times/10/sup 17/ cm/sup -1/) in asymmetric-waveguide InGaAs/InGaAsP, two-quantum-well diode lasers (/spl lambda/=980 nm) raises the injection efficiency to 90% and decreases the threshold-current density, J/sub th/. For 2 mm long, 100 /spl mu/m wide stripe, uncoated chips J/sub th/ decreases from /spl sim/188 A/cm/sup 2/ to /spl sim/150 A/cm/sup 2/. High characteristic temperatures for J/sub th/ and the slope efficiency are obtained: T/sub 0/=215K and T/sub 1/=600K.     

高功率793 nm半导体激光器

针对掺铥光纤激光器泵浦源的需求,研制了波长为793 nm的高功率半导体激光芯片和尾纤耦合模块。激光器外延采用了非对称大光腔的波导结构,降低了模式损耗,波导采用无铝的GaInP材料,结合真空解理钝化工艺提高了腔面损伤阈值。通过外延结构和腔面镀膜的优化,研制的激光器单管输出功率达到12 W@11A,在输出功率8 W时通过了300 h老化测试。采用7只单管制备了尾纤耦合模块,耦合至100 μm NA.0.22光纤中,输出功率为40 W@7A,电-光效率为49.5%@40 W。     

Finite element method applied to stress simulation of high power 980nm pump lasers

A three dimensional analysis on stress and strain in the central and in the mirror area of a InGaAs---GaAs ridge laser diode structure is presented. The analysis is based on a finite element method model, which couples thermal behaviour of laser to its mechanical structure. The impact of process parameters on reliability of device is discussed, and results are given for process and operation induced stress.     

改善光谱特性的980nm 宽面刻槽FP腔半导体激光器

设计并制备了一种新型宽面刻槽结构的FP谐振腔半导体激光器。运用一种新型的半解析的设计方法,我们通过向常规的980nm宽面FP谐振腔中刻蚀少量的槽来引入有效折射率微扰,以期实现器件光谱特性的显著改善。低密度的刻槽结构通过常规光刻和干法刻蚀工艺来实现,实验结果发现：器件典型的半高谱宽小于0.4nm,同时在10℃-60 ℃的测试温度范围内,该器件的波长随温度漂移也由0.26 nm/℃ 降低为0.07 nm/℃。以上实验结果表明:宽面FP腔中的刻槽结构能够明显改善器件的光谱特性.     

High power 980 nm ridge waveguide lasers with etch-stop layer

For the first time, the use of an etch-stop layer to precisely control the mesa height in ridge waveguide InGaAs/GaAs lasers is reported. These 980 nm devices emit up to 180 mW of total power in the fundamental spatial mode and lase in a single frequency with sidemode suppression ratios of greater than 25 dB.<>     

High CW power narrow-spectral width (<1.5 /spl Aring/) 980 nm broad-stripe distributed feedback diode lasers

100 /spl mu/m-stripe, broad-waveguide InGaAs-InGaAsP-GaAs DFB diode lasers (/spl lambda/=976 nm) have been realised which exhibit narrow spectral widths (full width at half maximum) of 0.5 and 1.3 /spl Aring/ at CW powers of 0.5 and 1 W, respectively. 5/95% facet-coated devices have been realised which have an external differential quantum efficiency of 52% and a wallplug efficiency of 33% at 1 W.     

高功率半导体激光器互连界面可靠性研究

随着高功率半导体激光器（HPLD）在极端环境中的应用越来越广泛，互连界面的可靠性已成为制约其性能和寿命的关键瓶颈之一。文中利用有限元方法（FEM）对传导冷却（CS）高功率半导体激光器巴条互连界面在-55~125℃热冲击条件下的失效行为和寿命进行了模拟与分析。基于粘塑性Anand本构模型和Darveaux能量积累理论，对比了热冲击后界面层边缘及中心位置铟互连界面的可靠性，发现互连界面边缘的应力最大，达到0.042 5 GPa；相应的边缘位置的寿命最短，只有3 006个周期，即边缘位置为互连界面的最危险单元。预测了采用铟、金锡合金和纳米银焊膏封装的半导体激光器巴条的寿命，计算出铟、金锡合金和纳米银焊膏三种不同键合材料在边缘位置的寿命分别为3 006、4 808和4 911次循环，表明纳米银焊膏和金锡合金在热冲击条件下具有更长的寿命，更适合于用于极端环境的高功率半导体激光器封装。     

高功率高亮度半导体激光器合束进展

半导体激光器体积小、效率高,但单元输出功率低、光束质量差限制了其应用。介绍了提升半导体激光器功率及光束质量的最新进展,对各种技术途径和实验结果进行了综述报道,并具体介绍了中国科学院长春光学精密机械与物理研究所近年来在高亮度半导体激光器芯片及合束方面取得的进展。