高效率连续1 000 W半导体激光器叠层阵列

采用低压MOCVD外延技术生长的GaInAs/AlGaAs应变量子阱大光腔结构材料结构设计,利用低压MOCVD外延技术生长了3英寸(75 mm)激光器外延片,进而设计制作了976 nm大功率低热阻连续激光器芯片。采用以及高热导率的无氧铜材料设计制作了大功率微通道热沉,采用In焊料芯片倒装烧结工艺,制作了976 nm连续激光器阵列单条。在20℃水冷条件下,输入电流120 A,工作电压1.51 V,输出功率达到118 W,电光功率转换效率约65%。将10只微通道阵列单条堆叠组装,制作了连续1 000 W微通道叠层阵列。在20℃水冷条件下,输入电流120 A,输出功率达到1 130 W,工作电压1.45 V,电光功率转换效率约65%。     

976 nm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%。     

高效率大功率连续半导体激光器

从大功率半导体激光器的工作机理出发,对影响激光器电光转换效率的主要因素,如激光器的斜率效率ηd、阈值电流Ith、开启电压V0、串联电阻Rs以及工作电流I等进行了分析,进而讨论了提高电光转换效率的主要技术途径。通过对应变量子阱大光腔激光器外延材料开启特性的优化、大功率激光器芯片横向限制工艺的改进以及对大功率微通道热沉制作等技术的研究,制作了808nm连续半导体激光器阵列。在工作电流140A时,阵列工作电压为1.83V,输出功率145W,电光转换效率达到56.6%。     

60%电光效率高功率激光二极管阵列

设计并制备了980 nm高量子效率和极低光损耗的激光二极管(LD)外延材料和器件.微通道封装1 cm激光二极管阵列在连续(CW)工作条件下最大电光效率达到60.0%,相应的斜率效率和输出光功率分别为1.1W /A和38.2 W.测试得到外延材料的内损耗系数和内量子效率分别为0.58 cm-1和91.6%.测试分析表明,器件电光效率的提高主要在于新型的InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱和大光腔结构设计.     

高效率976nm激光器材料

使用自洽二维数字模拟软件优化半导体激光器的外延结构,对GaInAs/AlGaAs分别限制压应变单量子阱结构进行了模拟,研究了包层和波导层的Al组分对工作电压的影响。根据模拟结果,采用金属有机化学淀积(MOCVD)技术,外延生长了单量子阱976nm激光器材料。利用该材料制作成2mm腔长的连续(CW)单管器件,采用C-mount载体标准封装,并进行了测试。测试结果表明,模拟与实验的结论一致,降低优化包层和波导层的Al组分可以减小工作电压,从而提高了976nm半导体激光器的转换效率。室温下,当工作电流为500A/cm2时,包层和波导层Al组分分别为0.35和0.15时,激光器的工作电压降低为1.63V,使得电光转换效率达到67%。     

高效率GaAsP/AlGaAs张应变量子阱激光二极管

从理论上设计优化了高效率808 nm GaAsP/AlGaAs张应变量子阱激光二极管外延材料的量子阱结构和波导结构参数,并采用低压金属有机气相外延技术实验制备了外延材料.将制作的芯片解理成不同腔长,测试得到外延材料的内损耗系数和内量子效率分别为0.82 cm-1和93.6 %.把腔长为900 μm的单巴条芯片封装在热传...     

高功率连续运转二极管列阵激光器

针对InGaAs/GaAsP/AlGaAs应变补偿量子阱非对称宽波导结构进行了实验研究。利用不同腔长,100μm发光区,500μm周期的管芯测量了外延片的内量子效率和内损耗,其分别为83.81%和0.698 2 cm-1;采用C-mount标准封装,腔长为1.5 mm的单管测量了阈值电流和微分量子效率的特征温度,其分别为299和1 278 K;采用填充因子为74%,高纯度In焊料烧结,标准热沉封装制备了列阵激光器,比较了三种不同腔长的器件的P-I特性。最终确定腔长为1.5 mm,当工作电流为230 A时,二极管列阵激光器最大连续输出功率为204 W,电光转换效率为52%。     

微通道散热大功率半导体激光器研究

基于GaInAs/AlGaAs应变量子阱大光腔结构激光器芯片和无氧铜微通道热沉,采用In焊料烧结工艺,制作了976nm大功率连续激光器单条。在20℃热沉冷却条件下,输入电流110A时,输出功率104.9W,电光转换效率达到最大值64%。输入电流300A时,输出功率276.6W,电光转换效率达到54.2%。对激光器单条的热阻以及特征温度进行了测试分析,根据分析结果模拟了激光器单条在大电流下的输出特性,模拟结果显示热饱和是限制激光器最大输出功率的原因。因此,为了提高大功率激光器的输出功率,需要进一步提高激光器的特征温度,并降低热阻以改善散热情况。     

1.06μm大功率连续半导体激光器

利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术,生长了InGaAs/AlGaAs分别限制压应变双量子阱和单量子阱两种材料结构,通过对不同腔长单管激光器的LIV测试获得内部参数,对单、双阱两种材料结构器件参数进行对比分析,确定了单量子阱结构作为1.06μm大功率半导体激光器的材料结构。通过研究单管激光器的电光转换效率与腔长、注入电流的关系,获得了最高达到57.5%的电光转换效率。对1mm腔长单管激光器进行了大电流高温加速老化测试,结果显示研制出的单管激光器室温下在1.5A工作电流下寿命远大于104h。     

808nm无Al量子阱激光器mini阵列的研制

通过分析激光器的结构,优化设计了非对称宽波导激光器结构及外延生长条件。利用低压金属有机化合物气相淀积技术(LP-MOCVD)生长了高质量的InGaAsP/GaInP无铝应变量子阱外延材料,制作成808 nm高功率半导体激光器mini阵列,将其应用到1 064 nm全固态激光器中。20℃下,制作的808 nm,0.5 cm半导体激光器mini阵列,连续驱动电流50 A时输出功率达到50 W,最高光电转换效率达到53%。将该808 nm激光器mini阵列应用到全固态1 064 nm激光模组中,50 W,1 064 nm激光输出时,工作电流只有15 A。经过多于500 h老化以后,1 064 nm全固态激光器的功率衰减小于2%。     

应用于大功率激光二极管列阵的单片集成微通道制冷热沉

介绍了一种应用于大功率激光二极管列阵的新型单片集成微通道制冷热沉.这种热沉已制造并经过测试.10叠层的激光二极管列阵的热阻为0.121℃/W.相邻两个激光条的间距是1.17mm.在20%高占空比条件下,波长为808nm左右,峰值功率可以达到611W.     

High-Efficiency 808-nm InGaAlAs–AlGaAs Double-Quantum-Well Semiconductor Lasers With Asymmetric Waveguide Structures

The InGaAlAs-AlGaAs double-quantum-well semiconductor lasers grown by molecular beam epitaxy show high quantum efficiency and high power conversion efficiency at continuous-wave power output using asymmetric waveguide structures. The threshold current density and slope efficiency of the device are 180 A/cm² and 1.4 W/A, respectively. The internal loss and the internal quantum efficiency are 1.1 cm^-1 and 97%, respectively. The 75% maximum power conversion efficiency is achieved in 100-mum stripe widths 808-nm-emitting laser diodes with 1000-mum cavity length.     

High optical-optical efficiency of 52.5% obtained in high power Nd:YAG ceramic laser

Using a quite uniformly side-around arranged compact pumping system, a high power Nd:YAG ceramic quasi-CW laser has been demonstrated with high optical-to-optical conversion efficiency over 50% for the first time. With 450 W quasi-CW stacked laser diode bars pumping at 808 nm, 236 W output at 1064 nm was obtained and no saturation phenomena were observed     

低阈值高效率InAlGaAs量子阱808 nm激光器

以Al0.3Ga0.7As/InAlGaAs/Al0.3Ga0.7As压应变量子阱代替传统的无应变量子阱作为有源区,实现降低808 nm半导体激光器的阈值电流,并提高器件的效率。首先优化设计了器件结构,并利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)进行了器件的外延生长。通过优化外延生长条件,保证了5.08 cm片内的量子阱(QW)光致发光(PL)光谱峰值波长均匀性达0.1%。对于条宽为50μm,腔长为750μm的器件,经镀膜后的阈值电流为81mA,斜率效率为1.22 W/A,功率转换效率达53.7%。变腔长实验得到器件的腔损耗仅为2 cm-1,内量子效率达90%。结果表明,压应变量子阱半导体激光器具有更优异的特性。     

Laser emitters (λ = 808 nm) based on AlGaAs/GaAs heterostructures

AlGaAs/GaAs laser heterostructures with various active-region geometries, namely, with broadened asymmetric and narrow symmetric waveguides, and with various depths of quantum wells, are obtained by MOC hydride epitaxy. Single laser elements, bars, and arrays of laser diodes are fabricated from these samples, and their output characteristics are investigated. It is shown that the geometry of the narrow-waveguide structure is more preferable for laser-diode bars (λ = 808 nm). Increasing the charge-carrier barrier also favorably affects the output parameters of the bars in the case of heterostructures with a narrow symmetric waveguide, and the slope of the power-current (P-I) characteristics for these structures increases from 0.9 W/A to 1.05 W/A. The laser diode array of 5 × 5 mm, which is assembled based on the best heterostructure, shows an output power above 1500 W in the quasi-continuous mode at a pump current of 150 A.     

千瓦级连续激光二极管面阵及微沟道冷却组件

千瓦级连续激光二极管面阵由30个40W的808nm连续激光二极管条组成,按要求排列成5×6矩阵,发光孔径12mm×70mm。每个激光二极管条安装在微沟道冷却封装组件上,依靠高压冷却水通过微沟道维持连续运行。面阵的30个二极管条的电路串联,冷却水道并联,恒流电流50A时,发射连续1060W,808nm波长的激光,平均功率密度126W/cm2。5个K型热电偶安装在面阵不同位置测量激光二极管底部附近硅热沉的温度随耗散热功率的增加,面阵整体热阻的测量值为0.009℃/W。千瓦级连续面阵可用于抽运大功率固体激光器,也可用于材料表面热处理。