1 吉林农业大学信息技术学院,吉林长春 130118
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室,吉林长春 130033
报道了 910 nm高峰值功率垂直腔面发射半导体激光器列阵(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)的设计方法及测试结果。所制备的 910 nm VCSEL列阵在准连续工作时激光功率达到 2W; 在重复频率 10 kHz,脉冲宽度 30 ns,工作电流 60 A的电脉冲驱动条件下, VCSEL列阵峰值输出功率达到 25.5 W。随着工作电流的增加, VCSEL列阵输出的激光光谱呈现明显的展宽现象,证实 VCSEL列阵即使在窄脉冲工作时大的电流驱动仍然会产生严重的内部热效应; VCSEL列阵输出激光的光脉冲波形在驱动电流增大至 60 A时脉宽仅展宽了 6 ns左右,证实 VCSEL阵列具有非常优越的脉冲响应特性。对 VCSEL列阵进行光束准直处理后,在 1m距离处得到了近圆形的均匀光斑。我们相信这种高功率的 910 nm面阵光源在未来汽车光探测测距(LiDAR)等智能驾驶领域具有很大的应用潜力。
垂直腔面发射半导体激光器列阵 高峰值功率 激光雷达 脉冲 vertical-cavity surface-emitting laser array high peak power light detection and ranging pulse
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
3 吉林农业大学 信息技术学院, 吉林 长春 130033
对1 060 nm高功率垂直腔面发射激光器的有源区进行了理论计算和设计。对比了GaAsP、GaAs和AlGaAs三种不同材料的垒层所组成的高应变InGaAs量子阱的性能。为了确定有源区阱层和垒层的参数, 考虑了自热效应对功率的影响, 使得模型更加精确可靠。发现所设计的In0.28Ga0.72As量子阱的阱宽和阱数的最佳值分别为9 nm和3个, 输出功率可以达到瓦级。另外, 对比了三种不同垒层的温度特性, 结果显示, 使用GaAsP垒层的器件在高温下具有更高的功率和更好的温度稳定性。最后, 利用MOCVD生长了InGaAs/GaAsP量子阱并测试了其PL谱, 实验数据与理论结果符合得很好。
垂直腔面发射激光器 瓦级 vertical-cavity surface-emitting laser 1 060 nm 1 060 nm Watt-level InGaAs InGaAs
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 激发态物理重点实验室， 长春 130033
2 中国科学院 研究生院， 北京 100039
采用激射波长为808 nm的GaAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制单量子阱结构外延片，制备了沟道深度不同的半导体激光器阵列，并对载流子分布进行理论分析和模拟。理论和实验结果表明：引入脊形台面和隔离沟道后，激光器阵列的输出功率、电光转换效率、斜率效率和光谱特性均有显著提高。随着沟道的加深，对电流侧向扩散的限制作用增强，从而提高了阵列性能。
半导体激光器线阵列 隔离沟道 腐蚀深度 电流扩散 电流分布 semiconductor laser bar recess etching depth current expansion current distribution
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激发态物理重点实验室, 吉林 长春130033
2 吉林大学物理学院, 吉林 长春130023
3 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春130012
在反射模式下, 对于970 nm宽面积垂直腔半导体光放大器(VCSOA)的增益和带宽特性进行了实验研究和分析。 当注入电流为57％阈值电流、 信号输入功率为0.7 W, 取得了24.8 dB的放大, 测得的放大器的带宽为0.14 nm。 实验中测量的增益值大于理论计算值, 这是由于宽面积垂直腔光放大器内存在多个横向模式, 每个模式都有相应的放大, 所以总的增益大于理论计算的某个模式的增益。 这种宽面积垂直腔光放大器不仅可以提高增益, 而且还能提高信号光的饱和输入功率。 对970 nm宽面积VCSOA的结构进行了优化设计, 模拟结果表明, 要提高半导体激光器的增益和带宽, 可以通过适当降低垂直腔面发射激光器的上DBR的反射率来获得。
垂直腔半导体激光器 半导体光放大器 增益 带宽 Vertical cavity semiconductor lasers Semiconductor optical amplifier Gain Bandwidth 光谱学与光谱分析
2010, 30(5): 1413
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激发态物理实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
3 清华大学 工程物理系，北京 100084
为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出，利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构，制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100 μm，周期为200 μm，填充因子为50%，激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W，光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量，增加半导体激光端面泵浦功率密度，采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形，利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点，研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W，光-光耦合效率达73.8%，尾纤芯径Φ为400 μm，数值孔径(NA)为0.22。
880 nm半导体激光器列阵 光纤耦合 阶梯镜 880 nm laser diode arrays fiber coupling step-mirror
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所激发态物理重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
研究了波导层材料为Al0.65Ga0.35As时的3种不同厚度(0.4,0.5和0.6 μm)和3种不同的AlGaAs基大光学腔(Al0.65Ga0.35As-1 μm,Al0.6Ga0.4As-1.5 μm和Al0.45Ga0.55As-2 μm)的808 nm边发射二极管激光器的输出特性。理论计算模拟了不同结构器件的功率电流特性(P-I)曲线,采用线性拟合的方法计算阈值电流,并计算了器件的特征温度。实验结果验证了理论计算结果。波导层厚度变化的研究说明,当单量子阱的厚度不变时,波导层越厚,器件的特征温度越高,器件的性能也就越好。大光学腔变化的研究表明,由于Al的组分x=0.45时会产生有效的垂直光斑尺寸和更低的电阻,使得2 μm-LOC结构的器件性能最好。
激光器 半导体激光器 边发射二极管激光器 特征温度 量子阱结构 功率电流特性
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春130033
2 中国科学院 研究生院， 北京100049
3 空军航空大学， 吉林 长春130022
设计并优化了一种用808 nm的大功率激光二极管为抽运光源，In0.09Ga0.91As量子阱结构为增益介质的920 nm光抽运半导体垂直外腔面发射激光器。运用有限元方法，对激光器的电特性方程和光特性方程求自洽解，计算了器件各种特性参量。分析了单个周期内不同阱的个数(1，2和3)、不同阱深、不同垒宽、不同非吸收层组分、不同非吸收层尺寸条件下，器件性能的改变，特别是模式、阈值和光-光转换效率的改变，从而选择一个最佳的结构。
半导体激光器 结构设计 有限元 垂直外腔面发射激光器 光抽运 semiconductor lasers structural design finite element vertical external-cavity surface emitting laser optically pumped
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激发态物理重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院,北京 100049
为了研究温度对980 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)输出特性的影响,理论计算模拟了温度为365 K和400 K时980 nm VCSEL 的功率-电流特性(P-I)曲线,计算了器件的特征温度。实验结果验证了理论计算结果,依据实验结果分析了温度变化对器件输出特性的影响。
半导体激光器 垂直腔面发射激光器 特征温度 温度变化 输出特性
