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
波长在3 μm 附近的中红外Er 掺杂的氟化物(Er:ZBLAN)光纤激光器凭借其良好的光束质量、体积小、可盘绕、易于实现等优势广泛应用于工业、医疗、**等领域。本文主要介绍了基于Er:ZBLAN 光纤激光器的发展现状，讨论了它们在发展中遇到的技术难题，总结并展望了其未来的发展方向。针对目前研究现状，提出多级放大将会是进一步提升3 μm Er:ZBLAN 光纤激光器单路激光功率的方法。为了突破单路激光的功率极限，将其与光纤合束技术融合将会成为未来的一个研究方向。
光纤激光器 中红外 Er:ZBLAN 光纤 fiber laser mid-infrared Er:ZBLAN fiber 3 μm 3 μm
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A modified spectral beam combining (SBC) approach based on double asymmetrical filters was proposed. By using this scheme, the high-order lateral modes at the edge of the far-field pattern can be suppressed in the external cavity, and the beam quality in the slow-axis direction was improved from 16.1 to 13.4 compared to the conventional SBC. In the meanwhile, the electrical-to-optical efficiency from the modified SBC was more than 40% with an output power of 34.1 W, which is similar to that of the conventional SBC.
140.3298 Laser beam combining Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 011401
1 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
2 中国科学院大学, 北京100049
中红外半导体激光器体积小、效率高, 在环境检测、空间通讯及****等领域具有重要的应用前景。但是中红外半导体激光器单元器件输出功率低, 限制了其在以上领域的应用。激光合束技术是能够实现中红外半导体激光器功率提升的重要途径。文中详细介绍了几种用于中红外半导体激光器的合束方法及中红外半导体激光器合束方面的最新进展。
半导体激光器 中红外 激光合束 semiconductor laser mid-infrared beam combining 红外与激光工程
2018, 47(10): 1003002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Suzhou Everbright Photonics Co., Ltd, Suzhou 215000, China
Far-field blooming, a serious far-field dependence on driving current, affects the stability of beam quality and applications of broad-area (BA) diode lasers. In this Letter, the lateral ridge waveguide (LRW) is introduced to BA lasers by a simple and cost-effective approach to control the far-field stability and beam divergence. The influences of LRW length on output power, near- and far-field, are investigated and it is found that the optimized LRW length is able to improve both the far-field blooming and output power. The mechanism behind this is analyzed and a 0.13°/A dependence of lateral divergence angle on the injection current is achieved.
140.2020 Diode lasers Chinese Optics Letters
2017, 15(7): 071404
Author Affiliations
Abstract
1 State Key laboratory of Luminescence and Application, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Suzhou Everbright Photonics Co., Ltd, Suzhou 215000, China
Broad-area diode lasers usually supply high output power but low lateral beam quality. In this Letter, an on-chip combined angled cavity is proposed to realize narrow lateral far field patterns and high brightness. The influence of included angles, emitting facets on output power, and beam quality are investigated. It demonstrates that this V-junction laser is able to achieve a single-lobe far field at optimal cavity length with a 3.4 times improvement in brightness compared with Fabry–Perot (F-P) cavity lasers. The excited high-order modes at a high injection level reduce the brightness, but it is still 107% higher than that of F-P lasers.
140.3070 Infrared and far-infrared lasers 140.5960 Semiconductor lasers 140.3295 Laser beam characterization Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 081402
1 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
2 中国科学院大学，北京100049
太赫兹频率的相干声子在纳米尺度器件的探测和操控领域具有重要的应用价值。半导体超晶格声子激光器是实现太赫兹频率相干声子源稳定输出的重要途径。本文首先回顾了GHz到THz频率范围声学放大的多种方法，然后详细阐述了超晶格声子放大、超晶格声学布拉格镜的工作原理与设计方法以及声子激光器的阈值条件，同时总结了电抽运和光抽运结构器件的研究现状，最后简要讨论了亚太赫兹声子激光器在声-电子领域的应用。分析表明，这种能够产生强相干太赫兹声子的半导体超晶格声子激光器在纳米尺度器件的探测与成像等方面具有广阔的发展前景。
声子激光器 声子晶体 半导体超晶格 激光超声 phonon laser phononic crystal semiconductor superlattic laser ultrasonic
1 江苏科技大学 材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212000
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, 长春 13003
3 森萨塔科技有限公司, 江苏 常州 213000
数值分析了大功率半导体激光器模块的散热特性及温度场, 以及焊料、热沉、导热胶和冷水板温度等参数对芯片内部最高温度的影响。结果表明, 焊料厚度小于 24μm 时, 其导热系数对芯片内部最高温度影响较弱, 无高阻层形成; 芯片内部最高温度随着热沉长或宽尺寸及导热系数的增大, 呈指数形式下降, 随着热沉厚度的增大呈对数形式升高; 当导热胶导热系数大于20W/(m·K)、厚度小于30μm时, 芯片温度趋于稳定; 冷水板温度与芯片内部最高温度呈比例系数为1的线性相关性。根据分析结果提出了激光器封装部件的尺寸、导热系数或材料的设计和选择原则。
大功率半导体激光器 温度场 热沉 焊料 high power semiconductor laser temperature field heat sink solder
1 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
2 中国科学院半导体研究所, 半导体材料科学中科院重点实验室, 北京 100083
为获得能满足实际需要的高光功率输出，可以将已经成功应用于近红外波段半导体激光器的合束技术移植到量子级联激光器。讨论了量子级联激光器件的共水平面布局设计，这种设计有利于实现稳定可靠的室温连续工作；在量子级联激光器单管器件整形实验中，获得了光束质量因子M2优于2.3 的准直光束；在高效率光束合成的实验中获得了85%的合束效率。
激光光学 光束合成 高效率 量子级联激光器
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
高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、医疗、传感、空间通讯和**上有着极其重要的应用, 但传统半导体激光器面临垂直发散角大、椭圆光斑的难题, 限制了其直接应用。为了降低激光器的垂直发散角, 本项目采用布拉格反射波导结构, 利用光子带隙导引替代传统的全反射进行光场限制, 优化设计了多种布拉格反射波导激光器结构, 并制备了高性能的激光器器件。首先, 采用传输矩阵理论和布洛赫波近似的方法计算了布拉格反射波导的模式色散关系, 发现通过控制腔模光场分布, 可实现不同远场的激光输出。接着, 针对布拉格波导光子带隙导引机制, 深入研究了四分之一波长布拉格反射波导激光器、单边布拉格反射波导激光器的光场特性, 弄清了影响此类激光器远场的本质因素, 最终设计并验证了一种布拉格反射波导双光束激光器, 激光器在垂直方向可输出两个对称的、近圆形光束, 单光束垂直和侧向发散角半高全宽分别低至7.2°和5.4°。另外, 通过调控光缺陷层, 使激光器工作在受抑隧穿光子带隙导引机制下, 实现了超窄的单光束激光输出, 激光器单管连续输出功率超过4.6 W, 垂直发散角最低降至4.9°(半高全宽)和9.8°(95%功率)。这种高功率、窄的圆形光束输出可以大幅降低半导体激光器的应用成本, 提高泵浦或光纤耦合效率, 具有广阔的应用前景。
半导体激光 布拉格反射波导 光子带隙 低发散角 diode laser Bragg reflection waveguide photonic bandgap low divergence
