激光与光电子学进展, 2019, 56 (4): 040003, 网络出版: 2019-07-31   

砷化镓基近红外大功率半导体激光器的发展及应用 下载: 2787次

Development and Applications of GaAs-Based Near-Infrared High Power Semiconductor Lasers
作者单位
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
图 & 表

图 1. 典型边发射半导体激光器结构示意图

Fig. 1. Structural diagram of typical edge-emitting semiconductor laser

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图 2. 900~1000 nm 波段大功率半导体激光器功率研究进展

Fig. 2. Research progress of high power semiconductor laser at 900-1000 nm

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图 3. 半导体激光器巴条示意图

Fig. 3. Schematic of semiconductor laser bar

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图 4. 半导体激光器迭阵。(a)水平迭阵;(b)垂直迭阵

Fig. 4. Semiconductor laser array. (a) Horizontal array; (b) vertical array

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图 5. 大功率半导体激光器的亮度和摩尔定律[66]

Fig. 5. High power semiconductor laser brilliance and Moore's law[66]

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图 6. nLight公司生产的光纤耦合半导体激光器的输出功率和转换效率随波长的变化

Fig. 6. Output power and conversion efficiency of fiber-coupled semiconductor lasers produced by nLight versus wavelength

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图 7. nLight公司应用于工业加工领域的千瓦级光纤激光器系统结构示意图

Fig. 7. Structural diagram of nLight kilowatt fiber laser system for industrial applications

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表 1半导体激光器单管输出功率

Table1. Output power of single-emitter semiconductor laser

YearWavelength /nmPower /WOperationconditionConversionefficiency /%Aperture /μmResearchunit
200791514.8CW,15 ℃64100Photonic DeviceResearch Center[14]
200998024.6CW,cooling5496Ferdinand-Braun-Institute[15]
201391519.8CW,20 ℃68100HamamastsuPhotonics K.K.[16]
201391515.0CW68100Ferdinand-Braun-Institute[17]
201488018.8QCW6495nLight[18]
201595020.0CW6090TRUMPFPhotonics[19]
201592029.5CW61100JDSU[20]
20168089.0CW63140Coherent[21]
20178088.0CW64100Jenoptik[22]
201791533.0CW60220Fujikura[13]
Note:QCW is quasi-continuous work.

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表 2半导体激光器巴条输出功率及转换效率

Table2. Output power and conversion efficiency of semiconductor laser bar

YearWavelength /nmOutputpower /WOperationconditionConversionefficiency /%Resonatorlength /mmFillfactor /%
20118xx350QCW,200 μs,100 Hz625.080[30]
20141020200CW,25 ℃634.050[27]
2017940600QCW>601.570[35]
20159401980QCW,0.2 ms,10 Hz,203 K576.072[28]
2015940500QCW,2 ms,10 Hz>601.575[31]
2015760100CW>604.030[32]
20169401000QCW,1 ms,10 Hz,203 K704.075[33]
201680880CW632.028[21]
201780x210QCW,200 μs,20 Hz705.072[34]
2017808106CW681.550[29]
20181060500QCW752.076[36]

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表 3日本Hamamatsu公司的半导体激光器bar条模块参数

Table3. Parameters of Japanese Hamamatsu semiconductor laser bar module

Product typeWavelength /nmOutput power /WOperation current /ABeam quality factor atpulse peak of 1 /e-2
L13713-25P9409401000031015°×58°
L11398-16P808808160010510°×40°
L11398-16P940940160010010°×40°

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表 4高亮度宽条半导体激光器的亮度概况

Table4. Brightness overview of high-brightness wide stripe semiconductor laser

YearWavelength /nmBrilliance /(W·mm-1·mrad-1)Research unit
20137101.4NUSOD institute[41]
20149693.5FBH research institute[43]
20149702.5Fraunhofer[44]
20159705.6FBH research institute[45]
20179154.3nLight[46]

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表 5Laserline公司LDM和LDF系列激光器的参数

Table5. Parameters of Laserline LDM and LDF series lasers

SeriesWavelengthrange /nmMaximum outputpower /kWBeam quality /(mm·mrad)Optical fiberdiameter /μmNumericalaperture NAMinimum focusat f=150 mm·μm-1
1.0204000.1300
2.5306000.1450
LDM3.5404000.2600
5.0606000.2900
6.010010000.21500
7.0306000.1450
9.0404000.2600
LDF900-108015606000.2900
2010010000.21500
2520020000.23000

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表 6半导体激光器单管的寿命

Table6. Life of semiconductor laser single emitter

Research unitYearWavelength /nmLife expectancy
Japanese Fujikura201591512 W,1.088×106 h[85]
Japanese Hamamatsu201591513 W, 25 ℃,6.8×105 h[86]
German Direct Photonics20159761×105 h[87]
Russian MIREA201610606×104 h[88]
Japanese Mitsubishi Electrics20189761×105 h[89]

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表 7半导体激光器巴条的寿命

Table7. Semiconductor laser bar life

Research unitYearWavelength /nmLife expectancy
German Jenoptik2015940200 W,2×104 h[90]
German Jenoptik201780824 ℃,100 A,140 W,2×104 h[91]
German Trumpf201893825 ℃,300 W,1×104 h[31]

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袁庆贺, 井红旗, 张秋月, 仲莉, 刘素平, 马骁宇. 砷化镓基近红外大功率半导体激光器的发展及应用[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(4): 040003. Qinghe Yuan, Hongqi Jing, Qiuyue Zhang, Li Zhong, Suping Liu, Xiaoyu Ma. Development and Applications of GaAs-Based Near-Infrared High Power Semiconductor Lasers[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2019, 56(4): 040003.

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