高功率人眼安全波段垂直腔面发射激光器

首次报道了连续输出功率>1 W、脉冲输出功率>10 W的1550 nm波长垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）阵列。对1550 nm VCSEL激光器单个发光单元的热阻特性进行了分析，建立了基于热阻分析及可变产热量的VCSEL阵列热模型，优化了VCSEL发光单元间距，在理论上保证了阵列内部具有均匀的温度分布。制备了发光单元边缘间距为30μm的高密度集成1550 nm波长VCSEL阵列，并对其在连续工作及脉冲电源驱动条件下的输出特性进行了测试分析。当VCSEL阵列的工作温度为15℃时，最高连续输出功率达到1.05 W；即使工作温度增加至65℃，VCSEL的最高连续输出功率仍能达到0.42 W。在脉宽为5μs、重复频率为1 kHz的脉冲条件下，VCSEL在15℃时的最大峰值功率达到10.5 W，此时VCSEL呈现出热饱和现象。当脉冲功率为10.5 W时，阵列远场的光斑仍然呈圆形对称形貌，两个正交方向上的远场发散角分别为26.69°和26.98°。     

980 nm高峰值功率微型化VCSEL脉冲激光光源

报道了输出波长980 nm的高峰值功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其微型化脉冲激光光源.通过优化VCSEL单元器件的结构,有效抑制了宽面VCSEL结构中的非均匀电流分布,提高了单元器件的斜率效率,获得了直径400μm,峰值输出功率62 W的VCSEL单元器件;在此基础上,研制出由单元器件组合封装而成的VCSEL"准列阵"子模块以及集成驱动电路的微型化VCSEL脉冲激光光源,该光源在脉冲驱动条件为30 ns、2 k Hz、105 A条件下的峰值输出功率达到226 W,光脉冲宽度35 ns,中心波长979.4nm,斜率效率达到2.15 W/A.     

980nm大功率垂直腔底发射激光器

报道980nm大功率底发射垂直腔面发射激光器的结构、研制及器件的阈值电流、输出功率和光谱特性．在室温(24℃)下，5A连续电流工作时，出光孔径400μm的器件激射波长为984．1nm，输出功率达到1．42W，是目前所能见到报道中最高的．研究了出光孔径600μm的器件在连续工作时，激射波长、光谱半高宽随注入电流的变化以及在重复频率100Hz，脉冲宽度50—1000μs条件下的输出功率、效率与注入电流的关系．     

连续工作的体布拉格光栅外腔半导体激光器的温度特性

对体布拉格光栅(VBG)作为波长选择元件的外腔半导体激光器的波长锁定进行了实验研究,报道了连续运转输出功率达43.5 W的半导体激光器阵列的体布拉格光栅波长锁定实验结果,给出了不同热沉温度下的稳定的波长锁定结果,说明采用体布拉格光栅外腔将减小半导体激光器的温控压力。实验中发现,随着注入电流的增大,输出激光功率逐渐增强,锁定的激射波长向长波长方向偏移。在输出功率为34.5 W时,波长红移约0.56 nm。这一移动与实验测量的体布拉格光栅的温度特性相吻合。连续和高占空比运行、高输出功率情况下,在器件的设计和使用时应该考虑这一效应。     

808nm无铝有源区激光器研究

外延生长了InGaAsP/GaInP/AlGaInP无铝有源区808 nm激光器材料,制作了标准准连续(QCW)单条器件.结果表明,器件工作波长为808nm,腔面未镀膜时,其阈值电流密度为286A/cm2,斜率效率为1.2W/A,内损耗为2.1cm-1,内量子效率为0.87.镀膜后,阈值电流密度为300A/cm2,180A时的输出功率为180W,斜率效率大于1.15W/A.在载体温度为60℃时,准连续工作3×108个脉冲后,功率下降小于5%.     

980nm高功率垂直腔面发射激光器的理论分析

理论分析了980nm高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的器件特性与其分布布拉格反射镜(DBR)反射率的依赖关系,并计算了具有不同有源区直径的VCSEL的输出特性.分析了具有不同有源区直径的VCSEL在不同DBR反射率条件下的连续输出特性曲线,发现DBR反射率的改变会对有源区直径不同的VCSEL产生不同程度的影响.为了验证理论分析的结果,进行了器件测试实验.实验结果表明,有源区直径为500μm的VCSEL,当其N-DBR反射率分别为99.7%及99.2%时,在连续注入电流为6A时,其输出功率分别为2.01W和2.09W;而有源区直径为200μm的VCSEL,当N-DBR反射率为99.7%及99.2%时,连续注入电流为3A时,其输出功率分别为0.64W及1.12W.器件测试结果有效验证了理论分析的结论.     

910 nm高峰值功率垂直腔面发射激光光源

报道了910 nm高峰值功率垂直腔面发射半导体激光器列阵(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)的设计方法及测试结果.所制备的910 nm VCSEL列阵在准连续工作时激光功率达到2 W;在重复频率10 kHz,脉冲宽度30 ns,工作电流60 A的电脉冲驱动条件下,VCSEL列阵峰值输出功率达到25.5 W.随着工作电流的增加,VCSEL列阵输出的激光光谱呈现明显办展宽现象,证实VCSEL列阵即使在窄脉冲工作时大的电流驱动仍然会产生严重的内部热效应;VCSEL列阵输出激光的光脉冲波形在驱动电流增大至60 A时脉宽仅展宽了6 ns左右,证实VCSEL阵列具有非常优越的脉冲响应特性.对VCSEL列阵进行光束准直处理后,在1 m距离处得到了近圆形的均匀光斑.我们相信这种高功率的910 nm面阵光源在未来汽车光探测测距(LiDAR)等智能驾驶领域具有很大的应用潜力.     

808nm大功率连续半导体激光器研究

利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术,生长了AlGaInAs/AlGaAs分别限制压应变单量子阱材料,利用该材料制成3mm宽、填充因子20%的半导体激光器阵列(版型100μm/500μm,6个发光单元),通过腔面反射率设计确定了最佳反射率,采用CS载体标准封装。在输入电流8A、水冷19℃条件下测试,输出功率达到8.4W,阈值电流为1.8A,斜率效率为1.26W/A,功率转换效率为59.4%,波长为805.7nm,光谱半宽为1.8nm;输入电流12A时,输出功率达到13W,斜率效率为1.22W/A,功率转换效率为58.9%,波长为807.9nm,光谱半宽为2.0nm。     

大功率高可靠性垂直腔面发射激光器阵列研究

针对980nm激光波长设计了InGaAs/GaAsP材料多周期增益量子阱结构。垒层采用带隙更宽的GaAsP材料代替常规GaAs,改善了效率随温度升高而降低的问题,同时又能满足长寿命激光工作的需要。周期增益量子阱结构提高了有源区的单程增益,降低了阈值,提高了输出功率。制作出新结构的集成单元数为4×4,单元直径30μm的阵列器件,工作电流为5.88A时连续激光功率达到2W;窄脉冲宽度1μs,重复频率100Hz,工作电流60A时输出功率达到30W,且均未达到饱和状态。此阵列器件在工作电流为1～4A时发散角半宽均小于16°。利用加速老化方法对阵列器件的寿命进行了测试,推算出30℃的寿命可达5280h以上,并分析了影响大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)可靠性的主要因素。     

高功率980nm垂直腔面发射激光器的温度特性

应变补偿量子阱结构因带宽大、增益高和波长漂移速度低等特点而成为近年来研究的热点.首次介绍了国内980 nm 高功率InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构的垂直腔面发射激光器(VCSEL) 变温实验,测得脉冲条件下600 μm直径的器件在10-100℃温度范围内发射波长漂移速度为0.05 nm/K,阈值电流随温度变化呈现先缓慢下降后迅速上升的特性.结合VCSEL反射谱、PL谱和增益峰值波长漂移速度,对器件阈值电流特性进行了合理的分析和解释.连续工作状态下,测试得到器件峰值功率为1 W,根据波长与耗散功率的实验曲线及热阻计算公式,可估算出垂直腔面发射激光器热阻值为10 K/W.     

Laser at 532 nm by intracavity frequency-doubling in BBO

A simple and compact linear resonator green laser at 532 nm is generated by intracavity frequencydoubling of a diode-side-pumped acousto-optically (AO) Q-switched Nd:YAG laser at 1064 nm. Two acoustooptic Q-switches were placed orthogonally with each other to improve the hold-off capacity. As high as 214 W of continuous-wave (CW) and 154 W of quasi-continuous-wave (QCW) output power at 1064 nm were obtained when the pumping power was 1598 W. The type I phase-matched BBO crystal was used as the nonlinear medium in the second harmonic generation. A green laser with an average output power of 37 W was obtained at a repetition rate of 20 kHz and a pulse width of 54 ns, which corresponds to pulse energy of 1.85 mJ per pulse and a peak power 34.26 kW, respectively.     

高功率、高效率线阵半导体激光器的阳极氧化制备方法

在分子束外延(MBE)生长的基础上,采用脉冲阳极氧化工艺制作了非对称、宽波导InGaAlAs/AlGaAs/GaAs应变双量子阱(DQW)结构准连续(QCW)线阵半导体激光器,实现了808 nm波段线阵激光器的高效率、高功率运转。脉冲阳极氧化工艺主要用于器件工艺中的蚀刻与绝缘膜制备,电解液采用乙二醇∶去离子水∶磷酸∶2%盐酸的体积比为40∶20∶1∶1的混合溶液。研制的准连续线阵半导体激光器的填充因子约为72.7%,100 Hz,200μs准连续工作条件下的阈值电流约为24 A,斜率效率达到1.25 W/A,最大电-光转换效率达到51%。     

激光二极管双端面抽运Tm:Ho:GdVO4 2 μm激光器

报道了激光二极管(LD)双端面抽运Tm∶Ho∶GdVO4固体激光器,在2.049μm处获得连续(CW)和准连续(QCW)激光输出。激光二极管为光纤耦合输出,光纤芯径400μm,数值孔径0.22,输出波长805 nm。激光二极管额定输出功率27.7 W,均分为两束双端面抽运激光晶体。晶体尺寸为4 mm×4 mm×7 mm,Tm,Ho掺杂原子数分数分别为5%,0.5%。分析了Tm∶Ho能级系统的主要能级跃迁和能量转换损耗。为提高激光器的输出功率和转换效率,激光晶体采用液氮制冷。在重复频率5 kHz,10 kHz,20 kHz,调Q以及连续运行模式下,获得了9.4~10.1 W的激光输出,光-光转换效率为34%~36%。最大单脉冲能量为1.9 mJ,最大峰值功率为0.13 MW。讨论了抽运光功率和重复频率对激光脉宽的影响。     

垂直腔面发射激光器

The development and application of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) are summarized in this paper. The emphasis is focused on the high power single and 2-D arrays bottom-emitting VCSELs with a wavelength of 980nm. A distinguished device performance is achieved. The maximum continuous-wave (CW) output power of large aperture single devices with active diameters up to 500μm is as high as 1.95W at room temperature, which is to our knowledge the highest value reported for a single device. Size dependence of the output power, the threshold current and the differential resistance are discussed. A 16 elements array with 200μm aperture size (250μm center spacing) of individual elements shows a CW output power of 1.32W at room temperature.     

具有线性GRIN结构GaAs/AlGaAs单量子阱激光器

采用ＭＯＣＶＤ 方法成功地研制了具有线性ＧＲＩＮ 结构ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ单量子阱激光器。该激光器的峰值波长为８１５～８２５ ｎｍ ,阈值电流为１３０ ｍ Ａ。工作电流在４８０ ｍ Ａ 时,单面连续输出光功率高达２００ ｍ Ｗ,且基本保持在单模工作状态。工作在９７０ ｍ Ａ 时,单面连续输出光功率为０．５ Ｗ。     

列阵半导体激光器中热相互作用及改进技术的研究

从半导体激光器产生的热量在热沉中的扩散入手 ,对列阵单元器件间的热相互作用进行了分析 ,提出了该过程是通过热流的扩散而发生作用的观点。通过这一分析获得了确定列阵器件中单元器件间距的理论依据。对二维列阵中上、下层器件的热相互影响以及脉冲工作的占空比进行了讨论 ,并将结果应用到 1.55μm半导体激光列阵器件中。采用漏光波导结构的单元器件 ,实现了二维 2× 2 ,2× 4两种列阵 ,其脉冲输出峰值功率分别达到 7W和 11W。     

Self-pulsing by discharge relaxation oscillation in the CO2waveguide laser

A periodic pulsed output from a CO2waveguide laser caused by relaxation oscillations in the excitation circuit is reported. The resulting laser output has a peak power of 16 W and 100-ns duration with very good amplitude stability. The possibility of gain switching is postulated and outputs of the laser under CW andQ-switched operation are compared.     

Operating characteristics of high continuous power (50 W)two-dimensional surface-emitting lase array

Monolithic two-dimensional surface-emitting laser (SEL) arrays suitable for both optoelectronic and high power applications were fabricated utilizing a 4-μm×450-μm InGaAs single mode real refractive index guided gain cavity with 90° and 45° ion milled facets. A total CW output power exceeding 50 W was achieved at λ≈944 nm from a monolithic 16×94 2-D SEL array. The 50-W CW output power level is approximately ten times greater than previously demonstrated from a 2-D monolithic SEL array. Greater than 150 h of continuous operation of a 2-D SEL array at 25 W CW was demonstrated     

885nm LD热助推侧面泵浦Nd：YAG板条激光器

报道了一种新型的二极管泵浦全固态激光器,采用了热助推泵浦技术,用峰值功率为1600W的885nm半导体面阵侧面泵浦板条Nd：YAG晶体,获得了单脉冲能量110mJ的1064nm激光输出,光光效率为24%,斜率效率为34%。     

100 W C-band single-chip GaN FET power amplifier

A single-chip GaN-FET amplifier exhibits record output powers of C-band solid-state amplifiers under continuous-wave (CW) and pulsed operation conditions. At 5.0 GHz, the developed GaN-FET amplifier with 24 mm gate periphery delivered a CW 100 W output power with 12.9 dB linear gain and 31% power-added efficiency and a pulsed 155 W output power with 13.0 dB linear gain.