Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Research Center for Optoelectronic Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Sciences and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
The 975 nm multimode diode lasers with high-order surface Bragg diffraction gratings have been simulated and calculated using the 2D finite difference time domain (FDTD) algorithm and the scattering matrix method (SMM). The periods and etch depth of the grating parameters have been optimized. A board area laser diode (BA-LD) with high-order diffraction gratings has been designed and fabricated. At output powers up to 10.5 W, the measured spectral width of full width at half maximum (FWHM) is less than 0.5 nm. The results demonstrate that the designed high-order surface gratings can effectively narrow the spectral width of multimode semiconductor lasers at high output power.
laser diodes distributed Bragg reflector high order gratings high power laser diodes narrow spectrum width 
Journal of Semiconductors
2024, 45(3): 032401
王振诺 1,2仲莉 1,2,*张德帅 1,2,**刘素平 1[ ... ]马骁宇 1,2
作者单位
摘要
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
采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5 μm、腔长为1500 μm,在25 ℃测试温度下,可获得422 mW最大连续输出功率,峰值波长为973.3 nm,光谱线宽(FWHM)为1.4 nm。当注入电流为500 mA时,垂直和水平远场发散角(FWHM)分别为24.15°和3.90°。在15~35 ℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析,发现随着测试温度的升高,器件远场分布变化较小,水平远场发散角基本维持在3.9°左右。
激光器 976 nm半导体激光器 基横模脊形波导 低远场发散角 非对称大光腔结构 
光学学报
2024, 44(8): 0814002
作者单位
摘要
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
搭建了基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的全保偏皮秒脉冲光纤激光器,对比分析了以多量子阱和体材料作为可饱和吸收层的SESAM对锁模激光器输出特性的影响。实验结果表明,多量子阱和体材料SESAM均可实现稳定的自启动锁模。随着量子阱周期数的增加,SESAM调制深度增大,激光器输出脉冲宽度变窄,具有更高的输出功率和更大的锁模区间。但量子阱周期数过高的SESAM具有较大非饱和损耗,使得相同泵浦功率下输出功率降低。在相同调制深度下,体材料SESAM的非饱和损耗偏大,降低了输出功率和光光转化效率,但对脉冲的窄化作用更显著。SESAM对输出脉冲的波长和光谱宽度无显著影响,主要受光纤布拉格光栅(FBG)控制。本文对SESAM的设计与选型具有一定指导意义。
光纤激光器 半导体可饱和吸收镜 超短脉冲 输出特性 fiber laser semiconductor saturable absorber mirror ultrashort pulse output characteristic 
发光学报
2024, 45(1): 149
聂语葳 1,2李伟 1,*吕家纲 1,2潘智鹏 1,2[ ... ]马骁宇 1
作者单位
摘要
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
单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源,一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法,利用光纤波导理论和热电耦合模型,对氧化孔径的光学和电学限制进行了模拟,计算分析了实现单模和良好热电特性所需的氧化孔径大小。实验制备了具有不同氧化孔径的器件,并进行了功率-电流以及光谱特性测试。当氧化孔径为1.9 μm时,在3~7 mA注入电流下器件始终保持单模输出,边模抑制比大于35 dB;器件保持单模输出的最大氧化孔径为3.8 μm,室温下阈值电流为1 mA,最大饱和输出功率为2 mW,斜率效率为0.3 W/A,3 mA注入电流下的出射波长为790 nm,边模抑制比大于30 dB。制备的室温下单模特性良好的790 nm垂直腔面发射激光器,为实现高温下795 nm偏振稳定单模输出提供了可能。
激光器 垂直腔面发射激光器 铷原子钟 单模 氧化限制层 
中国激光
2024, 51(6): 0601004
何天将 1,2刘素平 1,*李伟 1林楠 1,2[ ... ]马骁宇 1,2
作者单位
摘要
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
在GaAs基GaInP/AlGaInP单量子阱结构外延片上分别使用磁控溅射设备生长ZnO薄膜和等离子增强化学气相沉积设备生长SiO2薄膜,以ZnO介质层作为Zn杂质诱导源,采用固态扩Zn的方式对激光器进行选择性区域诱导以制备非吸收窗口来提高器件的腔面光学灾变损伤阈值,从而提高半导体激光器的输出功率和长期可靠性。在580~680 ℃、20~60 min退火条件下对Zn杂质诱导量子阱混杂展开研究,实验发现,ZnO/SiO2或ZnO/Si3N4复合介质层的采用比单一Zn介质层的杂质诱导蓝移量大,且在680 ℃、30 min的条件下获得了最大55 nm的蓝移量。分析结果表明,介质层所施加的压应变会将外延片表面GaAs层中Ga原子析出,促使Zn原子进入外延层中以诱导量子阱混杂。通过测量光致发光光谱发现发光强度并没有明显下降,可为后期器件制作提供借鉴。
半导体激光器 量子阱混杂 复合介质层 蓝移 非吸收窗口 Semiconductor laser Quantum well intermixing Composite dielectric layer Blue shift Non-absorption window 
光子学报
2024, 53(1): 0114001
Tianjiang He 1,2Suping Liu 1,*Wei Li 1,2Li Zhong 1,2[ ... ]Zhennuo Wang 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Research Center for Optoelectronic Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Optoelectronics, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Output power and reliability are the most important characteristic parameters of semiconductor lasers. However, catastrophic optical damage (COD), which usually occurs on the cavity surface, will seriously damage the further improvement of the output power and affect the reliability. To improve the anti-optical disaster ability of the cavity surface, a non-absorption window (NAW) is adopted for the 915 nm InGaAsP/GaAsP single-quantum well semiconductor laser using quantum well mixing (QWI) induced by impurity-free vacancy. Both the principle and the process of point defect diffusion are described in detail in this paper. We also studied the effects of annealing temperature, annealing time, and the thickness of SiO2 film on the quantum well mixing in a semiconductor laser with a primary epitaxial structure, which is distinct from the previous structures. We found that when compared with the complete epitaxial structure, the blue shift of the semiconductor laser with the primary epitaxial structure is larger under the same conditions. To obtain the appropriate blue shift window, the primary epitaxial structure can use a lower annealing temperature and shorter annealing time. In addition, the process is less expensive. We also provide references for upcoming device fabrication.
catastrophic optical damage primary epitaxial structure impurity-free vacancy disordering quantum well intermixing non-absorption window 
Journal of Semiconductors
2023, 44(10): 102302
张秋月 1,2林楠 1,*黄婷 1,2刘素平 1[ ... ]张志刚 3
作者单位
摘要
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
3 北京大学信息科学技术学院,北京 100871
为了提高应用于光纤激光器的多量子阱半导体可饱和吸收镜(SESAM)的特性参数,对其结构进行优化,模拟分析了不同量子阱周期数对器件电场分布、调制深度及反射光谱等参数的影响,结果表明,SESAM中吸收层量子阱周期数越大,SESAM在1064 nm处的反射率越低,调制深度越高,在低反射率处的带宽越窄,可饱和吸收镜对生长误差的容忍度也越小。利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)方法对3种量子阱周期数结构的SESAM进行外延生长,通过非线性测试及锁模实验对3种结构的样品进行测量与表征,结果表明,3种结构的SESAM均实现了自启动锁模,其稳定锁模的泵浦区间为150~200 mW。采用泵浦探测技术对15个量子阱周期的SESAM进行动态响应测试,其响应恢复时间为5 ps。
激光器 超快激光器 半导体可饱和吸收镜 泵浦探测 
光学学报
2023, 43(22): 2214001
姬世宇 1,2熊聪 1,*祁琼 1常津源 1[ ... ]马骁宇 1
作者单位
摘要
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 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
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110 μm、沟道刻蚀深度为7.0 μm,间距为125 μm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。
激光器 半导体激光器 隔离沟道 电流横向扩散 隧道级联 
光学学报
2023, 43(13): 1314001
张薇 1,2仲莉 1,*张德帅 1,2吴霞 1[ ... ]马骁宇 1
作者单位
摘要
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
采用超极化惰性气体的磁共振成像技术可大大提高肺部影像成像质量,其中自旋交换光泵作为超极化惰性气体的关键,通常是对碱金属铷进行泵浦,为获得较好的泵浦效率,要求泵浦源具有窄光谱宽度和高功率的特点。针对这一需求,提出以体布拉格光栅(VBG)作为外腔反馈元件的795 nm窄谱宽外腔半导体激光器设计,并对VBG的外腔锁模稳定性进行了分析讨论,最终实现了功率为6.36 W,谱宽低至0.036 nm 的795.245 nm单管外腔激光输出,为实现大功率的单管外腔半导体激光器奠定基础。
激光器 外腔半导体激光器 体布拉格光栅 窄谱宽 锁模 
光学学报
2023, 43(10): 1014004
常津源 1,2熊聪 1,*祁琼 1王翠鸾 1[ ... ]马骁宇 1
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心,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
通过引入渐变Al组分和脊型波导的设计,制备了1550 nm高功率AlGaInAs/InP基横模半导体激光器,室温连续工作模式下器件的斜率效率达到0.35 mW/mA,在500 mA的工作电流下,输出功率为138 mW,垂直和水平方向的远场发散角分别为32.9°和11.1°,证明器件具有良好的基横模输出特性。同时,建立高阶模截止条件温度模型,研究了器件在不同温度下功率-电流(P-I)曲线中kink效应与远场发散角steering效应的产生原因,阐述了温度对基横模和高阶模增益的影响机制。通过比较不同腔长器件发生kink效应的电流大小,证明长腔长结构可以有效防止kink效应的发生。
激光器 1550 nm 基横模 kink效应 温度 
光学学报
2023, 43(7): 0714003

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