电极分离的980nm锥形激光器的研制

对脊形波导区和锥形区电极分离的980nm锥形激光器(简称电极分离的980nm锥形激光器)改变脊形波导区所加电流,测试激光器的P-I特性和光束质量因子,与脊形波导区和锥形区共用电极的980nm锥形激光器(简称电极共用的980nm锥形激光器)的测量参数进行对比.发现电极分离的980nm锥形激光器的P-I特性曲线比较光滑,没有明显的扭折.随着脊形波导区的电流逐渐超过150mA以后,器件的最大输出功率逐渐达到4.28W,与电极共用的980nm锥形激光器相同并趋于饱和,光束质量因子从3.79降到2.45(输出功率为1W).

脊锥比对锥形半导体激光器输出特性的影响

锥形半导体激光器是一种兼顾高功率高光束质量的光电子器件,但在高功率工作时易受非线性效应(如自聚焦和光丝)影响导致光束质量恶化。基于广角有限差分光束传播法(WA-FD-BPM)对总腔长为2500μm锥形半导体激光器进行模拟研究,分析了脊形区与锥形区长度比例对其输出特性的影响。结果表明,脊形区的滤波效应是影响锥形半导体激光器光束质量的重要因素,可通过合理优化脊锥比实现输出性能的提升。当脊锥比为2∶3时输出性能最佳。研究结果可为后续锥形半导体激光器的设计提供参考。

腔面反射对锥形激光器光束质量的影响

高功率下光束质量恶化问题制约着锥形激光器的发展,基于腔面光学薄膜,研究了腔面反射对光束质量的影响。建立了不包含抗反射结构的物理模型,采用锥形激光器的电光模型进行仿真,分析了不同腔面反射率下器件的光场分布。结果表明,在传统锥形激光器中,存在强烈的光泵、光束成丝、自聚焦和空间烧孔效应,来自腔面的剩余反射引发了上述非线性效应,最终影响光束质量。前腔面反射在此过程中起着关键作用,后腔面同样对光束质量有较大影响。通过优化腔面反射率,提出了两种优化路径,部分设计的光束质量因子小于2,实现了高光束质量。研究结果为锥形激光器的设计提供了参考。

850nm高亮度近衍射极限锥形半导体激光器(英文)

制备了具有低红暴优势的850 nm大功率高亮度锥形半导体激光器,获得了近衍射极限的激光输出。当连续输出功率为200 mW时,光束质量因子M2仅为1.7,亮度高达16.3 MW.cm-2.sr-1;当功率提高到1 W时,M2因子和亮度仍分别达到2.8和9.9 MW.cm-2.sr-1。此外,研究了锥形激光器的功率、光谱、远场分布等特性,并分析了不同脊形波导长度对锥形激光器自聚焦现象的影响。

高功率1060 nm锥形激光器

为提高1060 nm锥形激光器的输出性能,对1060 nm锥形激光器的脊形波导区和锥形增益区长度进行了优化。当保持总腔长3 mm不变时,设置脊形波导区长度为500,750,1000μm。在输出功率为2 W时,对三种情况所需的输入电流、功率-电流曲线斜率效率、电光转换效率、输出光谱及远场特性进行了对比。研究结果表明,当脊形波导区长度为750μm,锥形增益区长度为2250μm时,1060 nm锥形激光器的输出性能最优。当输出功率为2 W时,所需输入电流为3.95 A,斜率效率为0.61 W/A,转换效率为33.9%,光谱宽度(半峰全宽)为0.3 nm,远场近似高斯分布且95%能量处的水平发散角约为14°。

锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究

针对锥形太赫兹量子级联激光器,利用有限差分波束传播法和速率方程法,建立了准三维的太赫兹有源器件仿真模型,能够对具有轴向非线性波导结构的激光器进行模拟.利用此模型,研究了锥角大小对激光器输出光功率及光束质量的影响.仿真结果表明,考虑到器件之间的光耦合效率,为了达到最大的有效输出光功率,锥形太赫兹量子级联激光器的锥角存在一个最优值.

850nm高亮度锥形半导体激光器的光电特性

采用激射波长为850 nm的AlGaInAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制增益量子阱结构的外延片,设计并制备了具有条形结构和锥形结构的半导体激光器。在输出功率同为1 W时,锥形激光器的发散角、光束传播因子和亮度分别为4°、2.8和9.9 MW.cm-2.sr-1,远好于条形激光器的6°、9.2和3.0 MW.cm-2.sr-1。当外加3 A的脉冲电流时,锥形激光器峰值功率达到1.40 W,斜率效率为0.58 W/A,电光转换效率为30%。实验结果表明,锥形激光器可以在保证大功率输出的前提下,具有更高的光束质量。

850nm锥形半导体激光器的温度特性

采用激射波长为850 nm的AlGaInAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制增益量子阱结构的外延片,分别制备了具有锥形结构和条形结构的半导体激光器,并对比分析了两者的温度特性。结果显示,测试温度为20～70℃时,锥形结构器件的特征温度为164 K,远高于条形结构器件的96 K;占空比为0.5%(t=50μs,f=100 Hz),1 000 mA脉冲电流注入条件下,锥形激光器和条形激光器的波长漂移系数分别为0.25和0.28 nm/K;测试温度<50℃时,锥形激光器和条形激光器的光谱半高宽分别约为1.12和1.24 nm。实验结果表明:相同外延层结构条件下,锥形激光器比条形激光器拥有更高的特征温度。

976 nm锥形半导体激光器结构设计与优化

锥形半导体激光器具有高亮度、高光束质量等特点。通过借助数值模拟仿真软件Lastip,优化设计了976 nm锥形半导体激光器结构。在低光限制因子Г条件下,确定了In Ga As/Al Ga As量子阱厚度及非对称波导厚度比值关键参数,并分析了主振荡器的注入光功率和耦合进锥形区的基侧模衍射分布特性。研究结果表明:与传统的单量子阱器件结构相比,当光限制因子Г相同均为2%时,在工作电流为3 A条件下,优化设计的非对称双量子阱结构主振荡器的基侧模分布更为集中。其注入光功率由2.76 W提升至3.67 W,同时耦合进锥形区的基侧模衍射分布更为均匀,并具有稳定的电光转换效率。

980nm锥形半导体激光器刻蚀工艺

为了解决半导体激光器传统刻蚀工艺中侧壁陡直度差和器件难以重复制作的问题,利用湿法腐蚀与干法刻蚀相结合的刻蚀手段,对980nm锥形半导体激光器刻蚀工艺进行优化.通过对台面粗糙度与刻蚀速度的研究,确定湿法腐蚀液和浓度配比的差异.并分析电感耦合等离子刻蚀对脊波导与腔破坏凹槽表面形貌的影响.研究结果表明,选择配比为NH_3·H_2O∶H_2O_2∶H_2O=1∶1∶50的腐蚀液进行湿法腐蚀,刻蚀速率约为7nm/s,速率容易控制.且样品表面具有较好的粗糙度和均匀性,利用电感耦合等离子刻蚀得到的脊波导与腔破坏凹槽侧壁陡直度良好,没有出现横向钻蚀的情况.

锥形半导体激光器研究进展

锥形半导体激光器具有高功率、高光束质量等特点,因此受到广泛关注并成为研究热点。从3种结构(传统结构、分布式布拉格反射(DBR)结构、侧向光栅条纹结构)的锥形半导体激光器出发,对国内外近十年具有代表性研究成果进行综述,介绍其理论研究和实验进展,并对锥形半导体激光器的未来发展进行展望。

数值模拟980 nm锥形半导体激光器输出特性

具有高功率及高亮度激光特性的锥形半导体激光器在激光加工、自由空间通信、医疗等领域具有广泛的应用前景。本文基于广角差分光束传播法(WA-FD-BPM),对980 nm锥形半导体激光器进行了仿真模拟,详细分析了不同结构参数(脊形区刻蚀深度、锥形角度、不同脊形区/锥形区长度比、锥形区刻蚀深度、前腔面反射率)对器件光束质量和P-I-V特性的影响。分析认为,锥形区波导的几何损耗是导致器件斜率效率降低的主要因素,光泵浦效应是影响锥形激光器光束质量变差的重要因素,可通过降低器件的前腔面反射率来改善光束质量。研究结果可为锥形激光器的性能优化提供参考。

锥形半导体激光芯片的光刻工艺研究

针对锥形半导体激光器中的脊形波导区宽度较小的问题,对半导体激光芯片制造中的刻蚀标记及刻蚀方法进行了研究。提出对于锥形半导体刻蚀中的脊型区域和锥形区域,采用不同精度的双标记刻蚀方法,细化对脊形波导和锥形波导的刻蚀中的对准问题,并使光刻标在不同的光刻版上相错位排列,在相应光刻版中相互遮挡,反复刻蚀中保证相应的光刻标清晰、完整。刻蚀后的芯片在电流为7 A时获得了中心波长963nm、连续功率4.026 W、慢轴方向和快轴方向激光光束参数乘积分别为1.593 mm·mrad和0.668 mm·mrad的激光输出。

10W级主控振荡放大半导体激光芯片封装实验研究

结温升高是影响主控振荡放大(MOPA)半导体激光芯片输出功率的重要因素,为解决MOPA芯片的多电极封装和高效散热问题,提出了一种正装和热扩散辅助次热沉相结合的封装结构。建立了该封装结构的3D热模型,对比研究了倒装封装结构、正装无辅助次热沉结构与正装有辅助次热沉结构对MOPA半导体激光器结温的影响。计算结果表明,采用正装有辅助次热沉结构与倒装封装结构散热性能接近,且显著优于正装无辅助次热沉结构,结温降低幅度最高可达40%。另外,采用正装有辅助次热沉封装结构的MOPA半导体激光芯片在连续工作条件下输出功率为10.5 W,谱宽可实现半高全宽小于0.1 nm,中心波长随电流的变化约14 pm/A,实现了10 W级MOPA芯片的封装,验证了该封装结构的有效性。

导波模式对锥形半导体激光器输出特性的影响

近年来,锥形半导体激光器的发展受到越来越多的关注,这主要是因为它能够提供高功率高光束质量的激光输出,但过高的输出功率会导致光束质量的迅速恶化。利用专业光波导仿真软件Rsoft,对比分析了增益波导结构和折射率波导结构对锥形半导体激光器输出特性的影响,主要研究了不同导波模式下的近/远场分布以及功率-电流-电压特性。结果表明,在相同电压条件下,相较于折射率波导结构,具有增益波导结构的锥形激光器的输出功率虽相对较低,但其出光面上的光场分布更均匀,可以有效降低空间烧孔效应的影响,且其远场分布也较均匀。研究结论为锥形半导体激光器的结构设计提供了参考。