外腔面发射激光器的GaAs基质厚度大, 热导率低, 严重阻碍有源区热量的扩散, 影响激光器功率的提高。为了去除激光器的GaAs基质, 采用硫酸系酸性腐蚀, 通过改变腐蚀液浓度和腐蚀温度来比较腐蚀液对GaAs基质的腐蚀影响,并采用原子力显微镜照片表征了腐蚀表面的粗糙度。结果表明, 当腐蚀液的体积比V(H2SO4)∶V(H2O2)∶V(H2O)=1∶5∶10, 腐蚀温度为30℃时, 腐蚀速率适中, 为5.2μm/min, 腐蚀表面粗糙度2.7nm, 腐蚀总体效果较为理想。较好的GaAs基质腐蚀效果为外腔面发射激光器衬底去除腐蚀阻挡层的选择性腐蚀提供了基本的保障。

采用脉冲抽运方式可显著改善光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的热效应，大幅度提升激光器的输出功率。用有限元方法数值求解瞬态传热方程，得到激光器中温度升高的最大值随抽运脉冲的变化规律。讨论了抽运光脉冲宽度范围的选择，分析了抽运脉冲重复频率对激光器中温度升高最大值的影响作用，对抽运脉冲的时间宽度进行了优化设计。结果表明，对于基质去除型的InGaAs量子阱垂直外腔面发射激光器，抽运光脉冲的宽度介于1~10 μs时，激光器中最大温升值即明显下降；同时，抽运脉冲的重复频率应限制在50 kHz以内，以满足脉冲间隔大于激光器热弛豫时间的要求，否则激光器中会产生热量的积聚，增加最大温升值。

A high power and good beam quality InGaAs/GaAs quantum well semiconductor disk laser at 1 015 nm wavelength is reported. The semiconductor wafer is grown in reverse order: substrate is on the window side and the distributed Bragg reflector is the last grown epilayer. Then the wafer is up-side-down and capillary bonded to a SiC heatsink, and the substrate is chemically etched. Because the total thickness of the substrate-removed structure is less than 10 μm, the thermal management of the laser is significantly improved, and the maximum output power over 0.6 W is obtained using a 3% output coupler and 3.2 W incident pump power. The M2 factors of 1.02 and 1.01 indicate a near-diffraction-limited beam quality. To further reveal the characteristics of this substrate-etched structure on the thermal management, the heat flux and the temperature distribution of the gain wafer are numerically analyzed, and the corresponding results are discussed.

根据激光二极管发光的部分相干性这一客观事实,运用部分相干光理论提出了描述激光二极管远场分布的新的理论模型。该模型体现了激光二极管本身特性参数对其远场分布的密切影响,能够描述已观察到的各种远场分布结构,为准确了解激光二极管输出光束的特性和对其进行光束整形提供了理论依据。

多物理场耦合有限元方法被用来模拟光抽运垂直外腔面发射半导体激光器(OPS-VECSEL)内部的热分布情况,特别对OPS-VECSEL芯片帽层表面与金刚石散热片毛细键合(capillary bond)的情况做了计算。计算表明,在没有金刚石散热片的情况下,从窗口以下首个量子阱到末个量子阱的温差达到150 K;在有金刚石散热片的情况下,器件中各个量子阱的温差很小,其共振波长差只有几纳米;在芯片的分布式布拉格反射镜(DBR)一侧焊接有硅微通道冷却器的情况下,各量子阱间的温差进一步减小,器件性能得到最大改善。模拟计算也表明,在抽运功率不变的情况下,适当增加抽运光的半径,可显著降低器件的热效应,尤其热透镜效应。