高功率1060nm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.

808nm含铝半导体激光器的腔面镀膜

研究了高功率808nm量子阱脊型波导结构含铝半导体激光器在空气中解理时不同镀膜方法对输出激光功率的影响,讨论了半导体激光器的灾变性光学镜面损伤机理及其腔面钝化薄膜的选择特性。对半导体激光器管芯前后腔面不镀膜,前后腔面镀上反射膜和前后腔面先镀上钝化薄膜再镀腔面反射膜方法进行了对比,测试了半导体激光器的输出功率。结果表明,先镀上钝化薄膜的器件比只镀上腔面反射膜的器件输出的激光功率高36%。只镀腔面反射膜的半导体激光器器件在电流为5A时就失效了,而镀钝化膜的器件在电流为6A时仍未失效,说明镀钝化薄膜的器件能有效地防止灾变性光学损伤和灾变性光学镜面损伤。在半导体激光器芯片腔面镀上钝化薄膜是提高大功率半导体激光器输出功率的有效方法。

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。

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。

980nm半导体激光器双布拉格光纤光栅波长锁定器

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响,并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双FBG波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明:高功率非致冷980nm半导体激光器在0～70℃时的波长漂移为0.5nm,边模抑制比达45dB以上,半峰值全宽度<1nm。经优化设计的980nm半导体激光器FBG波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。

980nm半导体激光器n型波导结构优化

为了提高980nm半导体激光器的输出功率并获得较小的远场发散角,在非对称波导结构的基础上设计了n型波导结构,即在n型波导中引入高折射率的内波导层。采用理论计算和SimLastip软件模拟对常规非对称波导结构和内波导结构进行了研究。利用分子束外延系统生长980nm内波导结构的外延材料,并制作了激光器。对于条宽为100μm、腔长为1000μm的器件,阈值电流为97mA,斜率效率为1.01W/A;当注入电流为500mA时,远场发散角为29°(垂直向)×8°(水平向),与模拟结果相符。理论计算和实验结果表明:较之于常规非对称波导结构,内波导结构可有效降低光场限制因子,提高输出功率,减小远场发散角。

976nm高效率半导体激光器

976 nm高效率半导体激光器是这几年研究的热点,在固体激光器泵浦领域有广阔的应用。通过优化半导体激光器材料外延结构中包覆层和波导层的铝组分,降低了工作电压;通过采用微通道水冷系统,并进行优化降低了热阻,从而提高了室温下的电光转换效率。25℃室温连续测试条件下,1 cm的线阵列(巴条),2 mm腔长,50%填充因子,在110 A下,出光功率为114.2 W,电压为1.46 V,电光转换效率为71%。15条微通道封装成的垂直叠阵,进行光束整形后,获得了室温976 nm连续输出功率1 500 W,电光转换效率大于70%。

980nm半导体激光器可靠性的研究现状分析

本文介绍了提高980nm 半导体激光器可靠性的几种方案,并做了综台评述。进一步介绍了离子辅助镀膜技术在提高980nm激光器可靠性方面的应用。

高性能980nm单模半导体激光器

采用经过优化的新型大光腔结构,设计出低发散角的980nm半导体激光器,利用分子束外延系统生长出应变InGaAs量子阱半导体激光器材料,并制作出980nm单模半导体激光器。器件在3μm条宽,750μm腔长时,100mA电流下室温连续输出功率达到70mW以上。激光器的最大斜率效率为0.89W/A.垂直方向远场发散角为28°.器件在250mA工作电流下输出功率达到190mW.器件在70℃温度下仍可以正常工作。

976nm非对称波导结构高效率半导体激光器

对976 nm激光器的三种非对称波导结构,即非对称直波导结构、非对称渐变波导结构和非对称梯形波导结构进行了基模光场和折射率分布的模拟,通过与对称波导结构的模拟结果进行对比,得到非对称直波导结构和非对称梯形波导结构的量子阱限制因子ΓQW较小,这样在相同量子阱厚度dQW下,dQW/ΓQW的值较大,可获得较大的光点尺寸,改善出光功率。将四种结构制作成2 mm腔长的1 cm巴条,在25℃室温连续测试和110 A的条件下,其中以非对称直波导结构电压最低为1.45 V,电光转换效率最高达到70%。对非对称直波导结构、非对称渐变波导结构和对称渐变波导结构进行内部参数提取,结果表明内量子效率基本一致,内损耗均小于1 cm-1。

808nm波长锁定大功率半导体激光器列阵

大功率半导体激光器列阵（DLA）具有功率高、电光转换效率高、可靠性强、寿命长、体积小及成本低等诸多优点,但其波长随温度变化较大,光谱线宽较宽,这些缺点直接限制了其实际应用。为了解决此问题,采用体布拉格光栅（VBG）构成波长锁定大功率半导体激光器系统。体布拉格光栅可以把波长锁定,同时把光谱线宽压窄,从而有效改善了DLA波长漂移和光谱线宽的情况。在载体水冷温度为30~60℃时,大功率半导体激光器列阵自由运行,波长温度漂移系数为0.26nm/℃,光谱线宽为2~3nm。当采用体布拉格光栅作为外腔反馈后,DLA的光谱线宽被压缩到了1.2nm,波长稳定在体布拉格光栅波长807.1nm附近,波长温度漂移系数小于0.005nm/℃。

实用化1730nm波段掩埋结构半导体激光器的研制

报道了应用于医疗器械的InP基1730nm波段半导体激光器.外延片采用低压金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长,有源区为5个周期的InGaAs量子阱层和InGaAsP垒层.器件采用pnpn结限制掩埋结构,有源区脊宽2μm、腔长300μm.室温下腔面镀膜后激光器管芯的阈值电流为18±5mA,8mW输出功率时的工作电流为60±5mA.采用TO封装后,100mA工作电流下激光器的输出功率大于5mW,输出波长为1732±10nm,高温恒流加速老化筛选实验表明,器件具有长期工作的可靠性,满足实用化要求.

大功率670nm半导体激光器的研制

采用低压金属有机化学气相沉积生长了670nm激光器外延片,有源区采用单量子阱结构,阱区、垒区分别为InGaAsP和AlGaInP.利用该外延片制作了带无电流注入区的氧化物条形激光器.激光器腔长为900μm,电流注入区条宽为100μm,两端的无注入区宽度均为25μm.镀膜后器件的阈值电流为0.4A,输出波长670士2nm,最大输出功率为1100mW,水平、垂直发散角分别为8°,40°.表明该种结构可以提高器件的腔面光灾变功率.

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.

MOPA结构1064 nm单模半导体激光器

1 064 nm单模半导体激光器在测试、通信、光纤激光器种子源等多种领域有着广泛的应用。设计并制作了一种MOPA结构1 064 nm单模半导体激光器。做为对比,同时制作了相同外延材料和腔长的脊波导单模半导体激光器。测试结果表明,该MOPA结构管芯发生灾变性光学损伤(COD)时的注入电流约740 mA,最高功率达到375 mW,无扭折最大输出功率为300 mW,此时注入电流约为610 mA,水平发散角为9.8°(FWHM),均优于作为对比的脊波导结构激光器。

高可靠性无铝有源层808 nm半导体激光器泵浦源

针对高功率808 nm激光器泵浦源的应用需求,设计并制备了InGaAsP/GaInP材料体系的无铝有源区半导体激光器。使用双非对称的限制层及波导层结构,降低了P侧材料的热阻及光吸收。优化了金属有机化学气相沉积(MOCVD)中As和P混合材料的生长条件,制备出界面陡峭的四元InGaAsP单晶外延薄膜。制作的激光器室温测试阈值电流为1.5 A,斜率效率为1.26 W/A,10 A下的功率达到10.5 W,功率转换效率为58%。连续电流测试最大功率为23 W@24.5 A,准连续电流测试最大功率为54 W@50 A,没有产生灾变性光学损伤(COD)。在15 A电流加速老化下,激光器工作4200 h未出现功率衰减及COD现象,说明制备的无铝有源区808 nm激光器具有高可靠性的输出性能。

低阈值852nm半导体激光器的温度特性

通过金属有机化学气相淀积(MOCVD)和半导体后工艺技术制备了852 nm半导体激光器,它在室温下的阈值电流为57.5 m A,输出的光谱线宽小于1 nm。测试分析了激光器的输出光功率、阈值电流、电压、输出中心波长随温度的变化。测试结果表明,当温度变化范围为293~328 K时,阈值电流的变化速率为0.447m A/K,特征温度T0为142.25 K,输出的光功率变化率为0.63 m W/K。通过计算求得理想因子n为2.11,激光器热阻为77.7 K/W,中心波长漂移速率是0.249 29 nm/K,实验得出的中心波长漂移速率与理论计算结果相符。实验结果表明,该半导体器件在293~303 K的温度范围内,各特性参数能够保持相对良好的状态。器件如果工作在高温环境,需要添加控温设备以保证器件在良好状态下运行。

GaAs基980 nm高功率半导体激光器的研究进展

GaAs基980 nm半导体激光器在材料加工、通信和医疗等领域有着重要应用。应变量子阱结构的出现提高了GaAs基半导体激光器的转换效率、输出功率和可靠性。本文综述了高功率GaAs基量子阱激光器历史发展,介绍了高功率半导体激光器的外延结构、芯片结构和封装结构设计,重点阐述了影响高功率GaAs基量子阱激光器光电性能、散热和实际应用的问题。针对以上问题讨论了相应解决方案及研究成果,并指出了各个方案的不足之处和改进方向。最后,总结了高功率半导体激光器的发展现状,对高功率半导体激光器发展方向进行了展望。

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。

915 nm半导体激光器的光纤耦合优化研究

为了提高半导体激光器光纤耦合系统精度,基于半导体激光器光纤耦合装置对波长为915 nm的激光进行耦合成为研究对象,对快慢轴准直部分进行了优化改进,将三支半导体激光器经耦合装置耦合进105μm(NA为0.22)多模光纤中,相较于主流的耦合装置,功率有所提高,可获得功率为2.59 W,亮度为11.2 MW/(cm^(2)·str),实现了耦合效率为86.3%。