High power AlGaInP laser diodes with zinc-diffused window mirror structure

The technology of zinc-diffusion to improve catastrophic optical damage (COD) threshold of compressively strained GaInP/AlGaInP quantum well laser diodes has been introduced. After zinc-diffusion, about 20 μm-long region at each facet of laser diode has been formed to serve as the window of the lasing light. As a result, the COD threshold has been significantly improved due to the enlargement of bandgap by the zinc-diffusion induced quantum well intermixing, compared with that of the conventional non-window structure. 40-mW continuous wave output power with the fundamental transverse mode has been realized under room temperature for the 3.5μm-wide ridge waveguide diode. The operation current is 84 mA and the slope efficiency is 0.74 W/A at 40 mW. The lasing wavelength is 656 nm.

大功率CO_2激光器输出窗口热性能分析

为了研究大功率CO_2激光发射过程中输出窗口吸收激光能量产生热性能变化的问题,建立了输出窗口传热学和结构力学耦合非稳态模型,通过对模型进行有限元分析得到表征输出窗口变化的温度、热变形和热应力等参数分布。首先,针对大功率CO_2激光特点,讨论了输出窗口材料Ga As和Zn Se的物理特性。然后,基于10 k W级大功率CO_2激光器光学谐振腔结构和输出窗口材料物理特性,建立了输出窗口传热学和结构力学的有限元模型。最后,利用COMSOL软件对该模型进行求解,得到以Ga As和Zn Se为材料的输出窗口的温度、热变形和热应力等参数分布,并对比分析不同窗口材料对参数的影响。研究表明:在10 k W级激光作用下,Zn Se窗口温升小于Ga As窗口;两种输出窗口产生μm量级热变形;由于Ga As材料的热导率高,Ga As窗口的热变形和热应力分布更为均匀。

高功率激光器窗口热变形分析的有限元方法

建立了窗口热变形的非稳态数学模型，采用有限元法计算了普通石英窗口和中心冷却窗口在激光照射下的温度场分布和热变形，在净吸收功率５０Ｗ的相同条件下，普通石英窗口最大热变形为２．４μｍ，中央冷却窗口为１．２μｍ，计算结果与实验数据相符。

高功率激光器输出窗口热效应的数值分析

利用格林函数解析法,针对高功率激光器中常见的环形分布激光束,计算并分析了由化学氧碘激光器目前比较流行的几种光学材料蓝宝石(Al_2O_3)、石英玻璃(SiO_2)、单晶硅(Si)组成的窗口镜的温度场分布以及热畸变特性。计算结果表明,在激光辐照的5秒时间内,温升场主要集中在激光束辐照的环形区域内,在整个镜面上远未拉平,由此引起的径向热变形也很不均匀。在激光辐照功率为50kW,辐照时间为5s的情况下,Al_2O_3、SiO_2、Si,三种窗口镜的最大热变形量分别是1.993μm,0.393μm,和6.251μm。

高功率CO_2激光器输出窗热效应的研究

高功率CO2 激光器输出窗不可避免地要吸收谐振腔的激光能量 ,在其内部产生非均匀温度场的分布 ,并引起输出窗发生热形变。输出窗的热效应改变了CO2 激光器谐振腔的品质因数 ,影响激光器的稳定性和输出光束的质量。对于输出窗准确的温度场和热形变场研究是解决热透镜效应的关键。利用半解析方法对CO2 激光器在TEM0 0 工作模式下 ,输出窗的温度场及热形变量场进行研究。研究方法和所得结论具有普适性 ,可以应用到其它具有轴对称性热模型产生的温度场、热形变分析工作中。

强激光束辐照下窗口材料热力效应数值模拟

基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程,研究了空心环形强激光束(波长1.315μm)辐照下白宝石窗口温度、变形和应力的分布规律;研究了空心矩形强激光束(波长3.8μm)辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律。采用三维有限元模型,数值模拟了强激光在窗口材料中产生的热和力学效应,为强激光窗口元件的选择以及热效应对光束质量影响的评估提供了参考。计算中,激光能量吸收采用体吸收,并考虑了光强分布的空间梯度以及光强在窗口内的衰减。

高功率激光器输出窗口热分布数值模拟

利用格林函数,从一般的热传导方程出发,得到了高功率激光器输出窗口的温度场分布;针对高功率激光器中常见的环形分布激光束,计算并分析了化学氧碘激光器目前比较流行的几种光学材料蓝宝石(Al2O3 )、石英玻璃(SiO2 )、单晶硅(Si)组成的输出窗口镜的温度场分布。计算结果表明,在激光辐照的5s时间内,温升场主要集中在激光束辐照的环形区域内,在整个镜面上远未拉平。材料对激光的吸收系数及其热导率是决定温升最主要的物理参数。

Yb^(3+):YAG片状激光器的温度效应及金刚石窗口冷却设计(英文)

基于准三能级速率方程分析了Yb3+:YAG片状激光器的温度效应,结果表明随着激光介质的温度由300 K升高到400 K,激光器的储能提取效率由43%下降到26%。提出了利用热传导性能及优异的金刚石窗口对激光片的两端面进行冷却设计。模拟结果表明对掺杂11.6%厚度为1.2 mm的激光片在泵浦功率密度为15 kW/cm2,重复频率为10 Hz的条件下,要将最高温度控制在可接受的范围内(比如320 K),周围冷却水的对流换热系数不应小于2 kW/(m2.K)。模拟结果还表明,在相同的热功率密度和冷却条件下,减小激光片的厚度同时增加抽运光的传输次数可以明显的降低激光片的温度。

高功率CO_(2)激光器CVD金刚石窗口制备研究

本文研究制备了可应用于高功率CO_(2)激光器的CVD金刚石窗口。首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜,然后将膜片双面抛光,激光切割成矩形基片,再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6μm的增透膜,最终制备得到金刚石光学窗口。采用傅里叶红外透射谱、热导仪、爆破试验台测试了金刚石基片镀膜前后的红外透过率、热导率和爆破强度。利用自行搭建的光学平台,测试了CVD金刚石基片增透膜能承受的激光功率密度。结果显示CVD金刚石基片在10.6μm处的透过率为70.9%,利用光谱计算的吸收系数为0.06 cm^(-1),热导率>19.5 W/(cm·K),爆破强度>5.62 MPa,镀膜后的透过率为99.2%,增透膜可承受的激光功率密度>995 W/mm2。

TEM01*模式输出高功率CO2激光器红外耦合窗热形变半解析方法

为解决高功率CO2激光器高反膜红外耦合窗吸收谐振腔内激光能量产生热效应问题,通过对红外耦合窗镀膜参数和工作特性分析,建立了红外耦合窗的热模型.对热传导方程及其边界条件利用半解析热分析方法得出TEM01*(TEM01+TEM10)模式的CO2激光器红外耦合窗的温度场和热形变计算式,并且对影响红外耦合窗内温度分布的因素进行分析和讨论,发现热模型更符合实际激光器系统,而且TEM01*(TEM01+TEM10)模式在工业领域的应用很广泛,因此对此模式的研究具有重要的实际意义.

大功率激光立体成形熔道几何参数量化模型

大功率激光立体成形过程中,单道熔道的形貌特征与成形件的精度、质量指标等因素密切相关。为建立激光立体成形1Cr13工艺参数与熔道的宽高比、深高比等形状参量的量化分析模型,基于正交法研究了激光功率、扫描速度和送粉量等3个因素与熔道形貌特征的定性关系。实验表明:3个因素对宽高比的影响为扫描速度最大,送粉量次之,激光功率最小;3个因素对深高比的影响为送粉量最大,激光功率次之,扫描速度最小。为进一步优化工艺参数取值范围,以Box-Behnken实验方案补充实验样本,建立工艺参数与熔道形状参量的BP神经网络计算模型。进而以神经网络模型为计算工具,以熔道宽高比、深高比为约束条件建立激光立体成形熔道形貌控制工艺窗口,不同工艺分区的实验结果与计算结果一致。

化学气相沉积大尺寸多晶金刚石膜及其应用研究进展

人工合成金刚石技术极大地推动了工业技术的进步,并有望进一步为科学技术的发展带来革命性的突破。本文介绍了人工合成金刚石技术,详细分析了几种主要化学气相沉积方法的技术特点、应用领域及发展现状。重点介绍了微波等离子体化学气相沉积大尺寸高品质光学级金刚石膜的发展和现状。最后,对大尺寸光学级金刚石膜在兆瓦级回旋管、高功率CO_(2)激光器以及红外热成像等领域的应用进行了简单介绍。

引射式气动窗口的密封性能及光束质量

针对大功率低腔压激光器研制了利用喷流引射原理形成低气压密封的引射式气动窗口，并进行了密封性能实验和光束质量测试。对现有模型的实验研究结果表明，单纯使用喷流引射作用，可使密封压力接近０．１ａｔｍ，而且引射气流的引入未使光轴中心发生漂移或偏转，输出光强分布也基本无变化。当辅以抽真空时，密封压力可降至６６．６５Ｐａ。

基于Al_xN_y绝缘介质膜的新型窗口大功率半导体激光器

提升半导体激光器的腔面抗光学灾变(COD)损伤的能力,改善半导体激光器的工作特性,一直是大功率半导体激光器器件工艺研究的难点。基于薄膜应力使基底半导体材料带隙变化的原理,采用直流磁控溅射方法在不同条件下溅射生成不同内应力的Al_xN_y绝缘介质膜。通过研究大功率半导体激光器腔面退化机理,借助Al_xN_y等应力膜设计制作了一种新型非吸收透明窗口结构的宽条形半导体激光器,使器件平均最大输出功率提高46.5%。垂直发散角达到21°,水平发散角达到6.1°,2000 h加速老化试验,其千小时退化速率小于0.091%。

高透腔面大功率650nm红光半导体激光器

利用石英闭管法对金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长的应变量子阱(MQW)650 nm AlGaInP/GaInP材料进行选择区域扩Zn,使扩Zn区域的光致发光(PL)谱的峰值蓝移达175 meV,形成对650 nm波长激光器的高透腔面,有益于减少激光器腔面光吸收,增加了激光器退化的光学灾变损伤(COD)阈值.后工艺制作出条宽100μm,腔长1 mm的增益导引激光器,实现了红光半导体激光器的大功率输出.激光器阈值电流为382 mA,在2.28 A工作电流时达到光学灾变损伤阈值,最大连续输出光功率1.55 W,外微分量子效率达到0.82 W/A.

基于二元光学设计的高能激光窗口的初步探讨

对非均匀近场强度分布影响强激光远场聚焦效果的原因进行了分析。对高能激光窗口进行了二元光学设计。提高了光束强度分布的均匀性,改善了光束质量。介绍了二元光学设计的基本原理,采用随机并行扰动爬山法对窗口的位相分布、变换后的光束强度分布、衍射效率和光束均匀性进行了计算。计算结果表明,基于二元光学设计的激光窗口能有效地改善光束强度分布的均匀性,提高了发射光束的质量。

6kW单模CO_2激光器的输出光路和气体动力窗口

本文叙述了一种用于6kW单模CO_2激光器的横向耦合输出光路和小孔径喷管气体动力窗口。它具有工作气体漏泄量小,能有效阻止空气分子向激光器工作腔内扩散,大大降低工作气体消耗等优点,且能显著改善输出光束模式。