10 W近衍射极限输出的高效率窄线宽主控振荡放大半导体激光器

为研制近衍射极限的高功率半导体激光器,采用了片上光栅、窄脊型波导、锥形放大器一体集成的主控放大(Master Oscillator Power-Amplifier,MOPA)技术路线,以长度为8 mm、脊型宽度为3μm的波导为单模种子源,配合长度为7 mm、全角为3.3°的锥形放大器,实现了功率10.3 W、慢轴光束质量M^(2)(1/e^(2))因子=1.06,3 d B线宽40 pm,工作电光效率50.5%的半导体激光输出,并采用片上电致加热光栅调谐技术,实现了中心波长在4 nm范围内连续可调。

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8W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100μm NA.0.22光纤中,输出功率为40W@7A,电-光效率为49.5%@40 W。

提高超大光腔波导结构半导体激光器功率效率的设计考虑

对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层,以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏,调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm^(-1),内部量子效率为0.954,远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计,提出了沿谐振腔线性电流分布结构,以减少空间烧孔效应,这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100μm发光区宽度的单管芯片,在25°C连续电流注入下,21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。