光抽运垂直外腔面发射激光器特性与研究进展

介绍了光抽运半导体垂直外腔面发射激光器的结构特点、设计原理及其性能优势,综合评述该领域的最新研究进展,并探讨该类型激光器的发展前景和技术发展方向。

光泵磁力仪中垂直腔面发射激光器激光波长锁定

针对光泵磁力仪(OPM)对小型化、低功耗以及激光光源波长稳定性的要求,提出一套垂直腔面发射激光器激光波长锁定控制方案.所提基于多普勒吸收的光反馈波长锁定方案以133 Cs原子D1线F_(g)=4→F_(e)=3超精细能级跃迁波长为参考波长,OPM的原子蒸汽气室同时作为波长锁定的工作气室,无需任何额外装置即可将激光波长锁定在该D1线跃迁波长.使用数字比例积分微分控制与模糊控制算法进行激光的温度控制,使温度波动在±0.005℃内;采用基于电流镜的激光电流驱动方案,使电流波动在±50 nA内,为激光波长锁定提供了良好的硬件基础.最后,在实验室环境下实现OPM长达2 h的稳定信号输出.

基于增益特性的光抽运垂直外腔面发射激光器优化设计

介绍了光抽运垂直外腔面发射激光器的材料增益特性,以InGaAs/AlGaAs应变量子阱系统为例,建立了将带边偏置、能带结构和材料增益系统结合起来的理论模型。用Model-Solid模型确定带边偏置比,然后采用导带抛物线近似及价带6×6Luttinger哈密顿量精确计算了能带结构和材料增益。基于对材料增益特性的分析研究,优化设计了1μm波段的量子阱有源区,分别对量子阱的阱宽、阱深和阱的构成形式进行了优化设计并得到了最优选择,为光抽运垂直外腔面发射激光器的优化设计提供了理论依据。

增益腔模大失配型垂直外腔面发射激光器侧向激射抑制

垂直外腔面发射激光器(Vertical external cavity surface emitting laser,VECSEL)的侧向激射是制约其高性能工作的关键。我们设计了室温下量子阱增益峰与表面腔模大失配(30 nm)的增益芯片结构,并证实该结构可以有效抑制泵浦功率增加时VECSEL的侧向激射增强问题。增益芯片基底温度为20℃时,VECSEL正向激射波长位于980 nm,侧向激射波长位于950 nm,当泵浦功率逐步增加时,侧向激射强度随着正向激射的出现而迅速降低。这是因为激光正向激射时量子阱的受激辐射能级与正向激射激光模式匹配,正向激射的激光模式可以获取更高的模式增益,在与侧向模式的竞争中处于优势地位。当基底温度控制在0℃与10℃时,量子阱本征增益峰值与表面腔模失配度增大,此时VECSEL仍然表现出稳定的侧向激射抑制效果。

垂直外腔面发射半导体激光器的双波长调控研究

报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器(Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Laser,VECSEL)及其双波长调控。通过调控泵浦光功率,实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换,双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转,翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度,进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0℃时,每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变,激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换,同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。

920nm光抽运垂直外腔面发射半导体激光器结构设计(英文)

设计并优化了一种用808nm的大功率激光二极管为抽运光源,In0.09Ga0.91As量子阱结构为增益介质的920nm光抽运半导体垂直外腔面发射激光器。运用有限元方法,对激光器的电特性方程和光特性方程求自洽解,计算了器件各种特性参量。分析了单个周期内不同阱的个数(1,2和3)、不同阱深、不同垒宽、不同非吸收层组分、不同非吸收层尺寸条件下,器件性能的改变,特别是模式、阈值和光-光转换效率的改变,从而选择一个最佳的结构。

光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的设计与数值模拟

采用多周期应变补偿InGaAs/GaAsP双量子阱结构的半导体器件作为增益介质,设计了光抽运面发射半导体激光器件结构和实验光路。在谐振腔中引入分束棱镜保证了VECSEL表面的抽运光斑为圆形光斑。计算模拟了输出功率与抽运光斑和输出镜反射率间关系曲线,优化设计了抽运功率为2W时输出镜反射率并给出了相应的输出功率与抽运功率间关系模拟曲线。

基于光注入下脉冲电流调制1550nm垂直腔面发射激光器获取宽带可调谐光学频率梳

光学频率梳由一组等间距的离散频率成分组成,在计量学、光谱学、太赫兹波产生、光通信、任意波形产生等领域有着广泛的应用.本文提出了一种基于光注入下脉冲电流调制1550 nm垂直腔面发射激光器获取宽带可调谐光学频率梳的实验方案.在该方案中,首先采用脉冲信号电流调制激光器,使其输出的光谱呈现出无明显梳状线的宽噪声谱;进一步引入光注入,获取宽带可调谐光学频率梳.当注入功率为18.82μW、注入波长为1551.8570 nm、调制电压为10.5 V、调制频率为0.5 GHz、脉冲宽度为200 ps时,获取了带宽约为82.5 GHz,信噪比约为35 dB的光学频率梳,且该光学频率梳的单边带相位噪声低至-123.3 dBc/Hz@10 kHz.此外,本实验也系统研究了注入波长、调制频率、脉冲宽度对光学频率梳性能的影响.实验结果表明:改变调制频率可以获得不同梳距的光学频率梳,当调制频率在0.25—3 GHz范围内,选择优化的注入波长和脉冲宽度,可获取带宽超过60 GHz的光学频率梳.

高功率980nm垂直外腔面发射激光器(VECSEL)的理论研究

利用周期谐振增益结构设计了以InGaAs/GaAsP/AlGaAs为有源区的980nm二极管泵浦垂直外腔面发射半导体激光器。根据理论模型计算了纵模限制因子、阈值增益、光增益、输出功率等特征参数,优化了激光器特征参数并设计了OPS VECSEL结构。理论计算表明,LD泵浦的垂直外腔面发射激光器的输出功率可大于1.0W。

介质膜集成衬底垂直外腔面发射激光器

垂直外腔面发射激光器(VECSEL)可以实现大功率的高光束质量输出。针对外腔制作工艺复杂、腔体结构松散的缺点,研制了一种介质膜集成衬底表面外腔底面发射激光器。将衬底表面生长的多层介质绝缘薄膜与N-DBR、P-DBR共同构成复合腔结构,衬底充当外腔。该结构能够抑制高阶模式,进而优化输出光谱及远场发散角等光束特性。在已有的理论指导下,制作了有源区直径为200μm、外腔腔长250μm的VECSEL。室温下,向器件连续直流注入3.4 A,测试得到输出功率为260 m W,远场发散角的半角宽度为3.8°,光谱半高全宽为0.046 nm。与常规结构底面发射VCSEL进行比较,发现VECSEL器件的光束质量得到了明显改善,实验结果与理论仿真结果有较好的一致性。

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的原理与应用

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)是二极管泵浦的多量子阱增益介质半导体激光器。近年来,光泵浦垂直外腔面发射激光器作为半导体能带工程的新成果,在理论和实验方面均取得了令人触目的进展。该器件具有较高的输出功率、卓越的光束质量和紧凑的结构。薄片式的激活介质避免了棒状介质的热透镜效应,周期性共振增益(PRG)结构提高了多量子阱内的受激辐射截面,分布布拉格反射器(DBR)减少了谐振腔的损耗。相对于晶体棒作激活介质的固体激光器来说,这种新型激光器可以通过半导体能带工程提供更加广泛的波长选择范围。它克服了电泵浦边发射和电泵浦面发射半导体激光器的限制,可以提供近衍射极限的基模或TEM01模的圆形光斑。

产生超短脉冲的光泵浦垂直外腔面发射激光器的研究进展

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)在产生超短脉冲方面显示了优越的特性,在脉冲宽度、平均输出功率和脉冲重复频率等方面都得到了与传统超短脉冲激光器可比的结果,显示出巨大的发展潜力。本文综合分析了用于产生超短脉冲的OPS-VECSEL的基本原理和最新研究进展,并探讨了该领域的发展方向和应用前景。

电泵浦垂直外腔面发射激光器振荡特性的理论分析及实验研究

对具有InGaAs/GaAsP量子阱周期增益结构有源区的980 nm电泵浦垂直外腔面发射激光器(EP-VECSEL)的振荡特性进行了理论分析及实验研究.模拟并分析了耦合腔条件下EP-VECSEL的振荡特性与其分布布拉格反射镜(DBR)及外腔镜反射率之间的关系,并根据理论分析结果对器件结构进行了优化设计.在实验上制备出具有不同外腔镜反射率的EP-VECSEL器件,并对其连续波(CW)振荡特性进行了研究.实验结果表明,有源区直径为300μm的EP-VECSEL器件在外腔镜反射率为90%时阈值电流为1.2 A,注入电流为4 A时连续激光输出功率为270mW;在外腔镜反射率为95%时阈值电流为0.9 A,4 A下输出激光功率为150 mW.实验结果与理论分析结论符合较好,说明本文采用的理论分析方法能有效模拟及优化EP-VECSEL器件的振荡特性.

光泵浦垂直外腔面发射激光器特性及研究进展

介绍了光泵浦垂直外腔面发射激光器的结构、增益芯片工作原理及性能优势,综合评述该领域的最新研究进展,包括高功率、腔内倍频、可调谐运转、被动锁模等技术的最新进展,并探讨该类型激光器的发展前景和技术发展方向。

一种新型垂直外腔面发射半导体激光器

概述了近几年国外发展起来的一种新型半导体激光器光源:垂直外腔面发射激光器,详细介绍了它在光束质量方面的优点,研制方法以及工艺上的特点。

光泵浦垂直外腔面发射激光器的结构优化设计

实验中发现,传统结构的光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器,随着泵浦功率密度的增加,器件的温升现象严重。这是由于传统结构中,势垒和量子阱间小的带隙差造成的。为了解决温升问题,采用PICS3D软件对传统结构进行优化设计。在吸收层中引入对泵浦光和激射光透明的AlGaAs层,提高对量子阱中的载流子的限制作用。计算结果表明,在增益和自发发射特性上,优化后的结构都有了很大提高。

外部光反馈对980nm垂直腔面发射激光器振荡特性的影响

研究了外部光反馈对980nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)振荡特性的影响.计算了垂直腔面发射激光器及边发射半导体激光器的光反馈灵敏因子.基于复合腔理论,分析了外部光反馈对垂直腔面发射激光器的阈值电流及微分量子效率等振荡特性参数的影响.实验结果表明,当反馈率为10%时,垂直腔面发射激光器的阈值电流由0.63A下降至0.59A,同时斜率效率和输出功率也有所下降.实验结果和理论分析符合得较好.

光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的热管理

在实验基础上分析了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器(OPS-VECSEL)的热管理,建立了一维静态热传导方程,并结合数学工具Matlab解热传导方程,得出热沉的热导率及DBR热导率变化对器件温度的影响。实验中采用的热沉为铜热沉,用光致发光谱测量方法估算器件的温度升高。理论计算与实验结果都表明,采用铜做热沉时器件的温度升高。因此应采用热传导系数大的材料来取代铜作热沉材料,以提高器件的性能。同时表明这种简单的计算模型能为器件的设计提供有用的理论分析与指导。

高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备

垂直外腔面发射半导体激光器(vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL)兼具高功率与良好的光束质量,是半导体激光器领域的持续研究热点之一.本文开展了光抽运VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度及温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,证实采用双侧GaAsP应变补偿的发光区具有更理想的增益特性.对MOCVD生长的VECSEL进行器件制备,实现了VECSEL在抽运功率为35 W时输出功率达到9.82 W,并且功率曲线仍然没有饱和;通过变化外腔镜的反射率, VECSEL的激光波长随抽运功率的漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,证实外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,从而影响VECSEL激光输出功率.所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激光光斑呈现良好的圆形对称性.

光泵浦垂直外腔面发射激光器斜率效率的分析

研究了光泵浦垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)的湿法腐蚀工艺,采用快速腐蚀和精细选择腐蚀相结合的腐蚀方法,使得衬底能被干净地腐蚀掉,并精确停留在阻挡层,得到高平整度的外延片表面,提高了泵浦效率,降低了散射损耗。从理论上分析了外延片表面粗糙度与OPS-VECSEL斜率效率的关系,得出如果在外延片上镀一层λ/4单介质增透膜,能进一步提高VECSEL的斜率效率。