大功率半导体激光二极管阵列加速寿命试验方法

为了降低大功率半导体激光二极管阵列的寿命评估成本,提出了一种基于威布尔分布,以恒定电流作为加速应力条件的试验方法进行了试验验证。在经过筛选试验剔除不合格品后,共有三组样品在25,27和30 A的电流应力下进行加速寿命试验。样品的寿终判据为输出功率退化达到10%。对样品失效原因进行了分析,记录试验数据并绘制曲线。试验数据分别采用图估计法和数值计算法进行处理。经过对形状参数、特征寿命和平均寿命等参数的对比分析,试验结果验证了该加速寿命试验方法的有效性。

InGaAs/AlGaAs941nm高功率半导体激光二极管阵列

利用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)技术生长了InGaAs/GaAs/AlGaAs分别限制应变单量子阱激光器材料。利用该材料制成半导体激光器线阵的峰值波长为941nm,光谱的半高全宽(FWHM)为3.3nm,在400μs、50Hz的输入电流下,输出峰值功率达到67.9W,斜率效率高达0.85W/A(64%)。

高功率半导体二极管阵列激光器

半导体二极管阵列激光器是高效、小型、全固态源。本文论述高功率二极管阵列激光器的性能和关键技术,并给出了它最新的进展和未来的应用。

外腔中半导体二极管激光阵列的高阶侧模锁定

理论分析了外腔较短情况下,宽条半导体二极管激光阵列(LDA)高阶侧模相位锁定的可能性,观察了包含主、旁瓣结构的多侧模远场光强分布。从实验记录结果可以看出,在旁瓣中出现了标志锁相的峰、谷结构,而且该结构的调制度明显高于主瓣中的峰、谷结构的调制度,结果表明:在外腔较短情况下,LDA高阶侧模相位锁定的现象是存在的。

基于半导体激光短阵列的976nm高功率光纤耦合模块

采用12只出射波长为976nm的传导冷却半导体激光短阵列为发光单元,研制出了百瓦级高功率光纤耦合模块。首先,利用光束转换器(BTS)和柱透镜对每只半导体激光短阵列进行光束整形,使得快慢轴方向光束质量接近并且发散角相同;然后,应用空间合束技术将每6只半导体激光短阵列在垂直方向上叠加,形成一个激光组,并利用偏振分束器(PBS)将两个激光组偏振合束;最后利用优化设计的三片式聚焦镜将激光耦合到光纤中。实验结果表明:该光纤模块的连续输出激光功率可达418.9W,光纤芯径仅为400μm,数值孔径(NA)为0.22,由此可得到激光亮度为2.19 MW/(cm2.str)。利用Matlab软件分析光纤出射的光束形貌为平顶分布,显示其适合用于金属材料的硬化和焊接等领域。最后测量了模块的光谱,电流从20A增加到50A时,激光的峰值波长漂移了6.8nm,并且在50A时光谱宽度为4.12nm,表明该光纤耦合模块散热良好。同其它类型激光器相比,本激光模块电光转换效率和出光功率高,适用于材料加工和泵浦光纤激光器等领域。

多波长半导体激光阵列端泵Nd∶YAG脉冲激光器

研制了无温控多波长激光二极管阵列端面泵浦Nd∶YAG电光调Q激光器。采用4 000 W多波长准连续激光二极管阵列作为泵浦源,快轴准直镜与透镜导管作为泵浦耦合系统,端面泵浦6 mm×60 mm的Nd∶YAG晶体,并采用RTP晶体进行电光调Q实验。在重复频率5 Hz、室温(25℃)时,激光器获得了最大输出能量74.4 m J、脉宽15 ns的1 064 nm脉冲激光输出,光光转换效率达到11%。在25~55℃的工作温度下,对多波长LDA的光谱特征与激光器的输出特性作了测试,激光器输出能量随着工作温度的上升而先迅速下降再逐步保持稳定,当重复频率分别为5 Hz和10 Hz时,激光器对应的最低输出能量分别为48 m J与37 m J。

探针扫描法快速测量半导体激光阵列Smile效应

为克服传统光学方法测量半导体激光阵列(LDA)Smile效应时存在的光学系统搭建精度要求高、测试人员素质要求高、后期数据处理繁杂测量时间长等缺点,通过用机械接触式台阶仪的探针扫描焊接后LDA芯片N面的方式,快速测量LDA的Smile效应,并将之与传统光学方法测量的Smile效应进行对比。结果表明,两者形态完全一致,差别小于1μm。用台阶仪测量LDA Smile效应耗时小于1 min。此方法能为芯片焊接工艺优化Smile效应提供快速反馈,可方便集成在大批量生产流水线中对LDA的Smile效应进行实时监测。

衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明:当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16时,可获得不均匀性约为±5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。

808nm高占空比大功率半导体激光器阵列

采用渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构,通过降低非辐射复合、有源层载流子泄露、散射和吸收损耗来提高出射效率和降低激光阈值电流,从而提高半导体激光器阵列的输出功率;同时使P面具有更高的粒子掺杂数密度,优化N面合金条件,降低半导体激光器的串联电阻,降低焦耳热,提高了半导体激光器阵列的转换效率。利用金属有机化学气相淀积技术生长GaInAsP/InGaP/AlGaAs渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构激光器材料,利用该材料制成半导体激光线阵列在20%高占空比的输入电流下,半导体激光器的输出峰值功率达到189.64 W(180 A),斜率效率为1.1 W/A,中心波长为805.0 nm,阈值电流为7.6 A,电光转换效率最高可达55.4%;在1%占空比的输入电流下,阵列的输出峰值功率可达324.9 W(300 A),斜率效率为1.11 W/A,阈值电流为7.8 A,电光转化效率最高达55.6%,中心波长为804.5 nm。

微透镜阵列误差对半导体激光匀化性能的影响

为了减小微透镜阵列误差对匀化光斑的影响,深入研究微透镜阵列光束匀化系统中微透镜阵列相对位置误差对光束匀化性能的影响,设计了一种微透镜阵列光束匀化系统。依据相对位置误差类型的不同,将双列微透镜阵列间六个自由度变化导致的误差分为距离误差、偏移误差以及转动误差进行分析,并对每种误差对光束匀化性能的影响进行了研究。采用6板条半导体激光器堆栈对上述匀化系统进行实验验证,实现了均匀性为90.75%的光斑,并对系统影响光斑性能的原因进行了分析。

采用组合透镜阵列准直半导体激光器线阵

为了满足半导体激光器线阵的远距离应用要求,需要对激光束进行准直处理。提出了一种由垂直双半圆柱透镜组合阵列构成的准直器,采用光线追迹的方法推导了激光束通过准直器的传输方程,分析了光线出射角与透镜阵列参数之间的关系,得出了准直器的最优设计参数,然后在Zemax-EE非序列模式下仿真了此准直器的三维效果图以及探测器成像效果,得到的激光光斑接近于矩形,非相干照度集中在中央区域,并且经过准直器后的发散角大约为3mrad。设计的准直透镜可以同时压缩快慢轴的激光束发散角,制作简单,安装方便。

阵列半导体激光器的光束参数测量与光纤耦合

采用ISO推荐的方法测量了发光面为 1μm× 15 0 μm的阵列半导体激光器的光束半径、远场发散角、束腰位置、瑞利长度 ,并根据测量结果计算了光束传输因子 (M2 因子 )。以此为基础 ,研究了半导体激光器光束的快轴准直以及光纤耦合技术 ,采用微柱面透镜准直后 ,阵列半导体激光器快轴方向发散角可减小到 0 .48°。设计了光纤耦合光学系统 ,与 10 0 μm光纤耦合时的耦合效率为 71.0 % ,与 2 0 0 μm光纤耦合时的效率为 83.4%。

高功率、高效率808nm半导体激光器阵列

通过设计高效率808 nm非对称宽波导外延结构,减少P型波导层和包层的自由载流子光吸收,实现腔内光吸收损耗为0.63 cm^(-1).制备的808 nm半导体激光器阵列在室温25?C下,实现驱动电流135 A,工作电压1.76 V,连续输出功率大于150 W,斜率效率高达1.25 W/A,中心波长809.3 nm,器件最高电光转换效率为65.5%,这是目前国内报道的808 nm半导体激光器阵列的最高电光转换效率,达到国际同类器件最好水平.

阵列半导体激光器光束准直设计

根据变折射率介质对光束自动聚焦特点 ,并利用光线微分方程 ,设计了阵列变折射率介质棒准直阵列半导体激光束 ,计算机仿真表明 ,该准直系统能达到较为理想的准直效果 ,其准直结果可达 3mrad～ 4mrad。

高功率半导体激光器线阵列的波长锁定技术

高功率半导体激光器光谱随温度和工作电流的变化比较大,光谱线宽比较宽,这些缺点直接限制了其实际应用。因此,高功率半导体激光器波长稳定技术的研究是激光领域的一个重要研究方向。对波长稳定技术进行研究。实验用体布拉格光栅(VBG)作为反馈元件与高功率半导体激光器线阵列,构成可以对其波长进行锁定的外腔激光器。分析了外腔激光器的波长锁定效果与高功率半导体激光器工作电流、冷却温度、工作电流的占空比和"smile"现象等因素的关系。研究结果表明,高功率半导体激光器的工作电流、冷却温度、工作电流的占空比会影响其激射波长,当激射波长与VBG的布拉格波长差值小于3.0nm时,可以得到较好的波长锁定效果,而阵列本身的"smile"现象对其波长锁定的影响不大。

半导体激光阵列“Smile”效应下快轴准直镜的装调

针对3种典型"Smile"形态的半导体激光阵列(LDA)如何装调快轴准直镜的问题,开展"Smile"条件下快轴准直实验定量研究。利用光纤近场扫描法和最小二乘法获得LDA的"Smile"值,采用Zemax非序列模式,模拟"Smile"下LDA的快轴准直。结果表明,LDA的"Smile"大小及形态分布影响准直镜装调位置,透镜光轴需要与LDA匹配,否则会造成光束质量的劣化。这为实际掌握LDA的快轴准直安装提供一种思路,为进一步集成高功率高光束质量的大功率半导体激光器提供了理论和实验基础。

高功率半导体激光阵列的高温特性机理

高峰值功率半导体激光阵列在高温工作条件中的应用需求日益凸显,本文以微通道封装的高峰值功率960 nm半导体激光阵列为研究对象,通过精密控温系统测试了其在10~80℃范围内峰值功率、电光转换效率、工作电压和光谱等一系列光电特性,结合理论分析,给出不同温度下电光转化效率的能量损耗分布。结果表明,工作温度从10℃升高到80℃后,电光转化效率从63.95%下降到47.68%,其中载流子泄漏损耗占比从1.93%上升到14.85%,是导致电光转换效率下降的主要因素。该研究对高峰值功率半导体激光器阵列在高温应用和激光芯片设计方面具有重要的指导意义。

941nm 2%占空比大功率半导体激光器线阵列

计算了半导体激光器的激射波长与量子阱宽度以及有源层中In组分的关系 ,确定了94 1nm波长的量子阱宽度和In组分 并利用金属有机化合物气相淀积 (MOCVD)技术生长了InGaAs/GaAs/AlGaAs分别限制应变单量子阱激光器材料 利用该材料制成半导体激光器线阵列的峰值波长为 94 0 .5nm ,光谱的FWHM为 2 .6nm ,在 4 0 0 μs ,5 0Hz的输入电流下 ,输出峰值功率达到1 1 4 .7W(1 6 5A) ,斜率效率高达 0 .81W/A ,阈值电流密度为 1 0 3.7A/cm2 ,串联电阻 5mΩ ,最高转换效率可达 36 .9%

发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）的应用前景展望

本文从ＬＥＤ和ＬＤ的特点和器件已达到的性能与水平展望其应用前景．目前ＬＥＤ和ＬＤ已在光纤通讯、显示器件、光存储、办公现代化、医疗、军事、检测等领域得到广泛应用显示出其蓬勃发展的应用前景．

高功率准连续半导体激光阵列中应变对独立发光点性能的影响

为了解决阵列中每个发光点性能分布不均的问题,研究了微通道水冷封装的960nm半导体激光器阵列,阵列包含38个发光点,腔长为2mm,在驱动电流为600A、占空比为10%的条件下,输出的峰值功率达到665.6 W,电光转换效率为63.8%,中心波长为959.5nm.通过对应力的理论分析,给出了各个发光点应变的表达式;通过搭建单点测试系统获得阵列中每个发光点的阈值电流、斜率效率、光谱和功率等光电特性;结合应变理论分析可知,器件中发光点的性能与应变大小和类型密切相关,压应变会导致器件波长蓝移、阈值电流降低、功率和斜率效率升高,张应变会导致波长红移、阈值电流升高、功率和斜率效率降低.研究表明,影响器件内部发光点的性能不仅与热效应有关,而且与封装后残余的应变密切相关,通过应力的分布可以预测阵列性能的变化规律,可为高峰值功率、高可靠性的半导体激光阵列的研制提供参考.