905 nm多有源区半导体激光器芯片结构优化设计

905 nm多有源区激光器主要用作车载激光雷达的信号源。为了进一步降低激光器的阈值电流、提高斜率效率,对激光器芯片结构进行优化。在非对称大光腔波导外延结构的三有源区激光器中引入隔离沟道结构,通过控制隔离沟道的刻蚀深度和间距来抑制电流的横向扩散效应,提升器件性能。所制备的腔长为1 mm、电极宽度为110μm、沟道刻蚀深度为7.0μm,间距为125μm的三有源区器件,能够将阈值电流降低到0.64 A,得到3.58 W/A的斜率效率,并在0.1%电流脉冲占空比的工作条件下获得134 W的峰值功率。     

808 nm高占空比大功率半导体激光器阵列

 采用渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构,通过降低非辐射复合、有源层载流子泄露、散射和吸收损耗来提高出射效率和降低激光阈值电流,从而提高半导体激光器阵列的输出功率;同时使P面具有更高的粒子掺杂数密度,优化N面合金条件,降低半导体激光器的串联电阻,降低焦耳热,提高了半导体激光器阵列的转换效率。利用金属有机化学气相淀积技术生长GaInAsP/InGaP/AlGaAs渐变折射率分别限制单量子阱宽波导结构激光器材料,利用该材料制成半导体激光线阵列在20%高占空比的输入电流下,半导体激光器的输出峰值功率达到189.64 W(180 A),斜率效率为1.1 W/A,中心波长为805.0 nm,阈值电流为7.6 A,电光转换效率最高可达55.4%;在1%占空比的输入电流下,阵列的输出峰值功率可达324.9 W(300 A),斜率效率为1.11 W/A,阈值电流为7.8 A,电光转化效率最高达55.6%,中心波长为804.5 nm。     

表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列的热特性

液晶与垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)阵列结合可实现波长可调谐、偏振精确控制等,同时液晶的引入也会改变垂直腔面发射半导体激光器阵列的热特性,本文设计了表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列结构,并开展了阵列的热特性实验研究.对比分析了向列相液晶层对VCSEL阵列热特性的影响,实验结果表明,1×1,2×2,3×3三种表面液晶-VCSEL阵列的阈值电流温度变化率最高可降低23.6%,热阻降低26.75%;同时,激光器阵列各发光单元之间的温度均匀性显著提高,出光孔与周围温差小于0.5℃.综上所述,VCSEL阵列中液晶层的引入不仅大大加速激光器阵列单元热量扩散,而且降低了有源区结温,提高了VCSELs激光器阵列热特性,为实现高光束质量的单偏振波长可控VCSEL激光器阵列打下了良好的理论和实验基础.     

子激光器功率差对光纤激光器相干组束的影响

设计了由两支光纤激光器通过耦合器组成的迈克尔逊腔型光纤激光器阵列,实现了相干合成输出,相干合成功率与完全相干合成的理论值偏差约9％。研究了子激光器功率差对低损耗端口相干合成特性的影响。结果表明：当子光纤激光器功率差减小时,耦合效率增大,理论与实验偏差减小,泵浦效率增大,输出功率增大,光谱中心波长基本不变;子激光器功率越大,子激光器功率差对以上物理量的影响越小。     

新型双异质结高电子迁移率晶体管的电流崩塌效应研究

针对传统单结GaN基高电子迁移率晶体管器件性能受电流崩塌效应和自加热效应限制的困境,对新型A1GaN/GaN/InGaN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管的直流性质展开了系统研究.采用基于热电子效应和自加热效应的流体动力模型,研究了器件在不同偏压下电流崩塌和负微分电导效应与GaN沟道层厚度的相关.研究发现具有高势垒双异质的沟道层能更好地将电子限制在沟道中,显著减小高电场下热电子从沟道层向GaN缓冲层的穿透能力.提高GaN沟道层厚度可以有效抑制电流崩塌和和负微分输出电导,进而提高器件在高场作用下的性能.所得结果为进一步优化双异质结高电子迁移率晶体管结构提供了新思路,可促进新型GaN高电子迁移率晶体管器件在高功率、高频和高温等无线通讯领域内的广泛应用.     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

 为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

基于掩埋光栅一级分布反馈结构的太赫兹量子级联激光器

结合理论和实验研究了掩埋光栅一级分布反馈太赫兹量子级联激光器中的模式竞争和功率特性。理论计算得到掩埋光栅腐蚀深度与两个带边模式的波导损耗、光学限制因子、辐射损耗以及辐射效率的关系。理论计算表明,掩埋光栅分布反馈结构可以通过改变腐蚀深度,保证激光器稳定单模工作在高频带边模式的同时,调节激光器的阈值增益以及辐射效率。实验和测试结果表明,激光器辐射波长和掩埋光栅的周期成正比,激光器可以在整个动力学范围内稳定单模工作。单模激光器的波长范围可覆盖86.2~91.7μm的范围,边模抑制比可达25 dB,最大输出功率为9.1 mW。该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相耦合激光器阵列的研制。     

激光器阵列光谱合成的模拟研究

 将输出光谱包络合理近似为高斯型,以高斯算法为基础,利用计算机软件编写了激光器阵列光谱合成模拟软件,实现了对激光器阵列合成波长、半高宽以及光谱图形的模拟。结果表明：用软件进行光束合成的激光器阵列波长与实际测试的波长基本吻合,但存在一定误差。基于这种情况,对模拟结果和实测结果的误差部分进行分析实验,以验证误差分析的正确性,并将误差重新编写到软件。该模拟软件可以在激光器组装阵列之前对激光器单条进行筛选,找出符合组成阵列波长要求的最佳激光器单条,使得实际生产出的激光器阵列波长与阵列的设计波长基本一致。     

用于光纤激光器阵列锁相的光纤环特性研究

光纤环特性对基于公共光纤环的光纤激光器锁相阵列的性能具有重要影响.介绍了利用公共光纤环构建光纤激光器锁相阵列的结构、特征以及光纤环的作用.建立了研究该光纤环特性的理论模型,分别采用光强叠加和光场叠加法分析了光纤环的能量传输与谐振选模特性,并在考虑输入光波谱宽的情况下证明了两种方法的一致性.研究表明增加成环耦合器的耦合比可以增强锁相阵列各单元激光器间的能量耦合,且在光纤环损耗较低时不会明显降低输出功率和组合效率.实验中观察到了光纤环的滤波选模效应,而输出功率随着耦合比的增加有规律的略微减小.两者均与理论分析结果一致.     

半导体激光器阵列电-光特性导数测量方法

高功率阵列半导体激光器已得到广泛应用,对其质量和可靠性进行无损检测很有必要。在导数测试技术中,参数h是电导数曲线阈值处的下沉高度,参数Q是二阶光导数曲线阈值处的峰的高宽比。对导数测试参数h,Q与阵列激光器的单元器件的质量和均匀性进行了研究。基于其等效电路在一定条件下,计算了阵列激光器的均匀性对h的影响。并对实际阵列器件进行了导数测试。理论和实验结果对比表明,h,Q等参数是组成阵列的各管芯的均匀性的灵敏参数。     

猝发双脉冲直线感应加速器组元研究

在原单脉冲直线感应加速器（LIA）组元的基础上，利用电缆延时和电缆反射两种方式获得了间隔500～1 000 ns的猝发双脉冲输出。在感应加速腔上进行了双脉冲实验，获得了幅度大于200 kV、前沿小于35 ns、平顶大于60 ns的双脉冲加速电压波形。两种方式中第一个脉冲的前沿和幅度都达到了原单脉冲组元的水平，表明加速腔负载的变化对波形没有明显影响，但由于电缆对波形的损耗，第二个脉冲的幅度和前沿比第一个脉冲略差。可以利用水介质传输线来代替长电缆，减小传输线的长度及其对波形的损耗。两个脉冲间的幅度差异可以通过改变长电缆的阻抗来调节。实验表明，通过这两种猝发双脉冲的产生方式并结合加速腔磁芯的改进，可简单高效地完成原单脉冲LIA的双脉冲改造。     

A Novel Kind of Transverse Micro-Stack High-Power Diode Bars

Novel transverse micro-stack semiconductor laser bars are put forward to improve the output optical power of semiconductor laser bars at low injection current. More importantly, the novel laser bars have a coupled large optical cavity, which can overcome the problem of catastrophic optical damage and improve light beam quality due to the coherently coupled emitting along the transverse direction. The micro-stack tunnel regeneration tri-active region laser structure was grown by metal organic chemical vapour deposition. For a weakly coupled uncoated device, the optical power exceeds 60 W under 50 A driving current and the slope efficiency reaches 1.55 W/A. Further experiments show that the perpendicular divergence of 23° is achieved from transverse strongly coupled devices.     

Transport enhancement and efficiency optimization in two heat reservoir ratchets

We study a Brownian motor moving in a sawtooth potential in the presence of an external driving force and two heat reservoirs. Based on the corresponding Fokker--Planck equation, the analytical expressions of the current and efficiency in the quasi-steady-state limit are obtained. The effects of temperature difference and the amplitude of the external driving force on the current and efficiency are discussed, respectively. The following is our findings. (i) The current increases with both δ and A. In other words, δ and A enhance the transport of the Brownian motor. (ii) The competition between the temperature difference and the amplitude of the external driving force can lead to efficiency optimization. The efficiency is a peaked function of temperature, i.e., δ>0 and a lower amplitude value of the external driving force is necessary for efficiency optimization. (iii) The efficiency increases with δ, and decreases with A. δ and A play opposite roles with respect to the efficiency, which indicates that δ enhances the efficiency of energy transformation while A weakens it.     

Cracking and oxygenation of YBaCuO bulk superconductors: application to c-axis elements for current limitation

A process to elaborate crack free, oxygenated c-axis samples in YBa₂Cu₃O_x bulk superconductors is reported. This includes texturing of crack free pellets and development of an adequate oxygen annealing treatment to avoid cracking during oxygen uptake. For current limitation in c-direction such a process is needed as c-axis elements are particularly susceptible to ab-plane cracking during oxygenation. Mechanical properties have been compared for different annealing treatments by flexural strength measurements. With the load applied in ab-direction the mean flexural strength is 58 MPa in as-textured c-axis bars and 48 MPa in c-axis bars which were oxygenated using a customized annealing treatment. The conventional oxygen annealing treatments lead to macroscopic oxygenation cracks which reduced flexural strength to 10–20 MPa. Bars cut in ab-direction do not show significant variation in flexural strength (load applied in c-direction) as a function of the annealing condition with an average value of 145 MPa.     

叠阵巴条指向性对空心导管耦合系统的影响

在空心导管泵浦耦合系统中,测量了激光二极管叠阵中巴条的实际指向性,并带入仿真建模中,以便获得更准确、更优的模拟结果。与采用理想巴条指向性的模型模拟结果相比,耦合系统的耦合效率降低了11.2%。同时,带入实际指向性的模型模拟结果,具有更大的能量传输损耗和调制更深的泵浦光场分布,且该仿真模拟结果与实验结果相符。结果表明,在空心导管耦合系统设计中,带入实际巴条指向性模型是获得精确模拟结果的必要条件。     

电感支撑磁绝缘传输线的设计与初步实验

 为了研究电感支撑内筒对磁绝缘传输线(MITL)功率流传输的影响,设计了一套电感支撑的MITL及其诊断系统,对MITL各个位置电参数进行了测量,获得了MITL阴阳极电流波形和MITL电压波形。其中一发支撑前阴极电流为90.08 kA,支撑后阴极电流为93.88 kA,阴极电流传输效率为95.96%,多次实验传输效率平均值为92.8%,证实了电感支撑MITL的可行性。     

Effects of trapped electrons on off-axis lower hybrid current drive in tokamaks

The effects of trapped electrons on off-axis lower hybrid current drive （LHCD） in tokamaks are studied, A computer code for solving the Fokker-Planck equation in a toroidal geometry is developed and employed. The code is suitable for various auxiliary heating and current drive schemes in tokamak plasmas. The influence of the resonance regime on the current drive efficiency as well as the influence of trapped particle fraction on the current drive efficiency are emphasized. It is shown that, as an electrostatic force, the lower hybrid wave causes some of the trapped electrons to be untrapped and lose their energy, which can cut the LHCD efficiency by about 30%. The ITER scaling law is also used to estimate the trapped electron effects.[第一段]     

双预燃闪光灯泵浦钛宝石激光输出的实验研究

对强预燃闪光灯泵浦的钛宝石激光器进行了研究。实验采用双直流预燃电路，研究强预燃对激光输出的影响。     

托卡马克等离子体不同运行模式下的电子回旋波电流驱动

在给定等离子体密度分布下，从电子、离子的能量方程出发，根据不同运行模式下等离子体的热传导率不同，分别求出了中心负剪切模式，常规剪切H模式和L模式下的等离子体温度分布，然后通过求解波迹方程与相对论情况下的Fokker-Planck方程，分别计算了这些模式下的电子回旋波电流驱动和波功率沉积.得到在中心负剪切下，驱动电流最大，驱动效率最高，功率沉积和电流分布区间跨度大；在常规剪切H模式下，驱动电流较小，分布区间跨度比较窄，驱动效率相对较低；在常规剪切L模式，驱动电流效率最低，分布区间跨度也非常集中. 关键词： 托卡马克 电子回旋波电流驱动 中心负剪切 常规剪切     

辐照损伤对CCD暗电流和电荷转移效率的影响

研究了伽马射线辐照对CCD敏感参数的影响,获取了CCD器件暗电流和电荷转移效率参数随辐照剂量的变化规律,辐照试验结果表明,暗电流参数的增长和电荷转移效率参数的衰减与辐照剂量近似成线性关系。