硫化的激光器腔面上溅射ZnS钝化膜的研究

提出了一种新的激光器腔面钝化方法.先用(NH4)2S溶液硫化解理后的激光器腔面,然后使用磁控溅射方法对激光器的前腔面镀ZnS钝化膜、后腔面镀Si/SiO2高反射膜.ZnS钝化层光学厚度为λ/4,在中心波长为808 nm处透过率可达95.5%.钝化前激光器的光学灾变损伤(COD)阈值为1.6 W,钝化后为2.0 W,提高了25%倍;未镀膜的激光器阈值电流为0.25 A,经硫化再镀ZnS后阈值电流为0.20 A,降低了20%.实验结果表明,经硫化后溅射ZnS对激光器腔面具有良好的钝化和增透效果.     

915 nm半导体激光器新型腔面钝化工艺

针对半导体激光器腔面光学灾变损伤的发生机制,设计了一种单管芯半导体激光器腔面真空解理钝化工艺方法。在真空中解理并且直接对半导体激光器腔面蒸镀钝化膜,提出用ZnSe材料作为单管芯半导体激光器真空解理工艺的钝化膜材料,发现利用真空解理钝化工艺方法和ZnSe材料作为钝化膜可以使器件输出功率提高23%。通过电致发光（EL）对半导体激光器腔面损伤机理进行分析。进一步说明对915 nm半导体激光器制备工艺中引入真空解理钝化工艺技术并且选择ZnSe作为钝化膜可以有效保护半导体激光器腔面,提高器件可靠性。     

高亮度半导体激光器腔面膜的研究

要降低半导体激光器阈值电流密度和提高外微分量子效率,其中采取的主要方法之一是在发光芯片的两个端面选取适当的能量反射比。根据光学薄膜的设计理论,优化膜系结构,并采用电子束离子辅助蒸发技术,选取合适的薄膜材料,在条宽100 μm,腔长1 mm的850 nm半导体激光器发光芯片的两个端面沉积光学介质膜。其作用不仅获得一定的光谱特性,而且可以使发光腔面钝化。经过反复实验优化薄膜沉积的工艺参量,可以减少膜层材料的吸收,提高膜层的激光损伤阈值。经测试采用此方法制作出的高亮度半导体激光器使用寿命明显提高,发光芯片的输出功率可达3.7 W,与未镀膜的器件相比功率提高了2.8～3.1倍。     

半导体激光器腔面镀膜研究

从理论和实验两方面研究了半导体激光器腔面功率增强膜的镀制方法,得到一些新的镀膜设计方案,改善了传统半导体激光器腔面镀膜工艺。     

808nm大功率半导体激光器腔面膜优化设计

推导出半导体激光器前腔面和后腔面上的入射激光功率之比,阐述了后腔面膜电场强度优化设计的重要性.从实际问题出发在以往腔面膜的研制基础上,选择适合制备808nm大功率半导体激光器腔面的镀膜材料.给出了镀制腔面膜过程中会出现的种种关键问题的解决方法,针对各种具体应用提出几种前腔面设计方案.得到后腔面电场强度优化设计的膜系.     

电子束蒸镀H4膜工艺及其在808nm激光器腔面膜上的应用

采用离子辅助电子束蒸镀H4(H4是两种激光损伤阈值较高的材料氧化钛和氧化镧化合而成,分子式LaTiO3)薄膜。研究了氧气压力和基底温度对薄膜的光学性能的影响。实验发现,随着基底温度升高,H4膜的折射率n明显增加,基底温度为100℃时,n808 nm=2.14;随着氧气压力的降低,H4膜的消光系数k变化很小,氧气压力为2.67×10-2Pa时,在400 nm以上波段几乎没有吸收,k400 nm=2×10-4。将优化的工艺参数用于808 nm激光器腔面高反射膜的镀制,并与采用氧化钛作为高反射膜镀制的激光器进行了比较,获得的激光输出特性略好于氧化钛的器件。因此,采用H4制备半导体激光器高反射膜是一种完全可行的新方法。     

808nm连续输出13.6W单芯片大功率激光器

通过对大功率激光器腔面光学灾变损伤的研究,分析了激光器腔面镀膜的损伤机理。为了提高激光器的输出功率,采用TiO_2替换Si作为高折射率材料,建立非标准膜系降低电场强度,同时优化膜层材料的粗糙度,并采用离子源进行清洗和助镀,有效提高了激光器的腔面光学灾变损伤阈值。结果表明,所制作的808nm激光器,最大连续输出功率达到13.6 W。     

大功率半导体激光器腔面膜的场强分布优化

为了提高半导体激光器腔面膜的激光损伤阈值,进而提高激光器输出功率,对激光器的灾变性光学镜面损伤产生的原因进行了探讨。根据损伤原理,将高反膜中场强最大处移出界面,采用光学传输矩阵,对厚度连续变化的界面场强和反射率进行了计算,得到优化高反膜系,优化膜系减小了界面处的光场对薄膜的损伤。采用改进后束流密度更大的LaB6作为阴极原位等离子源,对离子源清洗的参数进行了优化。薄膜制备前期使用离子清洗的方法在真空环境下对腔面进行去氧化,在制备过程中使用电子束蒸发离子源辅助沉积,并测试了薄膜在高温高湿环境下的稳定性。使用该优化的膜系和清洗方法制备的半导体激光器,在准连续输出时,功率由4.6 W提升到了7.02W,工作电流由5A提升到了8A。     

一氧化硅减反射涂层的理论分析和蒸镀

本文在理论上,用角谱法分析了1.3μm InGaAsP/InP 半导体激光器腔面镀膜后的剩余反射率,并对 TE 波算出了单层近似结果。在实验上,较详细地讨论了 SiO 减反射膜的蒸镀。并通过对1.3μm 激光器前后腔面蒸镀 SiO 减反射膜而制成了超发光二极管。     

HfO2／SiO2薄膜缺陷及激光损伤特性分析

对光学中心镀制的HfO2/SiO2高反、增透和偏振膜等,用台阶仪、Normaski和原子力显微镜详细分析了薄膜表面的微结构缺陷如孔洞,划痕和节瘤的形状,以及缺陷对应的激光损伤图貌.原子力显微图貌显示,节瘤缺陷表现为薄膜表面突起光滑圆丘,直径多为2～10 μm,为微米量级的膜料颗粒在镀膜过程中溅入薄膜形成.脉宽10 ns波长1064 nm的激光损伤实验表明,缺陷是薄膜激光损伤的主要诱导源,其中以节瘤缺陷的损伤阈值最低,划痕次之,孔洞最高,薄膜的零概率激光损伤阈值主要由节瘤缺陷的激光损伤能流密度决定.对应不同的缺陷,高反膜的激光损伤通常表现为孔洞,疤痕和层裂,疤痕为薄膜表面激光烧伤形成,层裂主要为激光强电场在膜层中形成驻波电场,造成应力变化所致,孔洞为节瘤缺陷激光损伤后形成,形状与大小和薄膜固有孔洞相似,直径多小于15 μm,其激光再损伤能力也与薄膜固有孔洞相似.激光损伤创面的台阶仪分析表明,HfO2/SiO2高反薄膜未镀SiO2半波覆盖层时,1-ON-1激光损伤使薄膜表面粗糙外凸,而镀了SiO2半波覆盖层的薄膜,激光损伤面内凹,表面光滑,抗激光再次损毁能力较前者强.(OH5)