针对高功率半导体激光芯片工作温度升高易引起芯片性能退化和失效问题, 首先理论分析了工作温度对内量子效率的影响机理。其次, 为量化温度影响芯片稳定性的主要因素, 自主搭建高功率半导体激光列阵芯片测试系统, 研究15~60 ℃半导体激光列阵芯片的温度特性, 分析了5种能量损耗分布及其随温度的变化趋势。实验结果表明, 当温度由15 ℃升高至60 ℃, 载流子泄漏损耗占比由2.30%急剧上升至11.36%, 是造成半导体激光芯片在高温下电光转换效率降低的主要因素。最后进行了外延结构的仿真优化, 仿真结果表明, 提高波导层Al组分至20%, 能有效限制载流子泄漏, 平衡Al组分增加带来的串联电阻增大问题, 可以获得高效率输出。该研究对高温下半导体激光芯片的设计具有重要的指导意义。

对808 nm的InAlGaAs/AlGaAs半导体激光器芯片的波导厚度进行了优化，研究发现N波导与P波导厚度比值为1.8时芯片电光转换效率最高。基于上述高效率芯片研制出Chip-on-submount(COS)单管和光纤芯径62.5 μm、数值孔径0.22的光纤耦合模块，并研究了两种器件在-10~90 ℃范围内的效率特性。结果显示，温度由-10 ℃升高到90 ℃，COS单管的载流子泄漏占比由1.18%增加到16.67%，光纤耦合模块的载流子泄漏占比由1.99%增加到17.73%，表明温升引起的载流子泄漏加剧是导致电光转换效率降低的主要因素。此外，还研究了高温老炼、热真空、空间辐照对光纤耦合模块电光转换效率的影响，并揭示了导致器件电光转换效率降低的内在因素。

为了解决阵列中每个发光点性能分布不均的问题，研究了微通道水冷封装的960 nm半导体激光器阵列，阵列包含38个发光点，腔长为2 mm，在驱动电流为600 A、占空比为10%的条件下，输出的峰值功率达到665.6 W，电光转换效率为63.8%，中心波长为959.5 nm.通过对应力的理论分析，给出了各个发光点应变的表达式；通过搭建单点测试系统获得阵列中每个发光点的阈值电流、斜率效率、光谱和功率等光电特性；结合应变理论分析可知，器件中发光点的性能与应变大小和类型密切相关，压应变会导致器件波长蓝移、阈值电流降低、功率和斜率效率升高，张应变会导致波长红移、阈值电流升高、功率和斜率效率降低.研究表明，影响器件内部发光点的性能不仅与热效应有关，而且与封装后残余的应变密切相关，通过应力的分布可以预测阵列性能的变化规律，可为高峰值功率、高可靠性的半导体激光阵列的研制提供参考.

高峰值功率半导体激光阵列在高温工作条件中的应用需求日益凸显，本文以微通道封装的高峰值功率960 nm半导体激光阵列为研究对象，通过精密控温系统测试了其在10~80 ℃范围内峰值功率、电光转换效率、工作电压和光谱等一系列光电特性，结合理论分析，给出不同温度下电光转化效率的能量损耗分布。结果表明，工作温度从10 ℃升高到80 ℃后，电光转化效率从63.95%下降到47.68%，其中载流子泄漏损耗占比从1.93%上升到14.85%，是导致电光转换效率下降的主要因素。该研究对高峰值功率半导体激光器阵列在高温应用和激光芯片设计方面具有重要的指导意义。

研制了一套微通道封装结构半导体激光器的低温测试表征系统, 实现了对高功率半导体激光器在－60℃~0℃低温范围内的输出功率、电光转换效率和光谱等关键参数稳定可靠的测试表征. 采用计算流体力学及数值传热学方法, 模拟了无水乙醇、三氯乙烯以及五氟丙烷三种载冷剂的散热性能. 模拟结果表明, 压降均为0.47 bar时, 采用无水乙醇作载冷剂的器件具有最低的热阻(热阻为0.73 K/W)和最好的温度均匀性(中心和边缘发光单元温差为1.45℃). 低温测试表征系统采用无水乙醇作为载冷剂, 最大可实现0.5 L/min的载冷液体流量, 最多能容纳5个半导体激光器巴条同时工作. 基于该低温测试表征系统, 对微通道封装结构976 nm半导体激光器巴条在6%占空比下的低温特性进行了研究. 测试结果表明, 载冷剂温度由0℃下降到－60℃, 半导体激光器的输出功率由388.37 W提升到458.37 W, 功率提升比为18.02%; 电光转换效率由60.99%提升到67.25%, 效率提升幅度为6.26%; 中心波长由969.68 nm蓝移到954.05 nm. 器件开启电压增加0.04 V, 阈值电流降低3.93 A, 串联电阻增加0.18 mΩ, 外微分量子效率提高11.84%. 分析表明, 阈值电流的减小及外微分量子效率的提高, 是促使半导体激光器在低温下功率、效率提升的主要因素. 研究表明, 采用液体微通道冷却的低温工作方式, 是实现半导体激光器高输出功率、高电光转换效率的一种有效手段.

以Ti(SO4)2水溶液为原料, 在水热条件下直接水解合成了锐钛型纳米TiO2颗粒。利用透射电镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)、 BET低温吸附和紫外-可见光谱(UV-Vis)等方法对产物进行了表征, 并研究了样品光催化降解甲基橙(MO)的性能。 结果表明所制得纳米TiO2颗粒为锐钛矿型, 晶型良好, 平均粒径为24 nm, BET比表面积约为56.20 m2?g-1。 光催化活性与商品纳米TiO2(P25)相近, 具有良好的工业应用前景。(SO₄)₂ Solution under Hydrothermal Conditions and ItsPhotocatalytic Performance

以金红石相二氧化钛(TiO2)粉体为原料, 采用水热法合成了二氧化钛纳米管(Titania nanotubes, 简写为TNTs), 然后把H2PtCl6的无水乙醇溶液引入到TNTs中, 得到镶嵌Pt的二氧化钛纳米管(Pt/TNTs)。 利用透射电镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和紫外-可见光谱(UV-Vis)对产物进行了表征, 并重点研究了Pt/TNTs的光催化性能。 结果表明, 有直径约为3 nm的 Pt纳米粒子插入到了TNTs中, 且Pt粒子以Pt单质的形式存在。 Pt/TNTs在可见光区域表现出较强的吸收, 并且其起始吸收带边发生明显红移。 紫外光催化降解甲基橙实验结果表明, 金红石相TiO2, TNTs和Pt/TNTs对甲基橙溶液的降解率分别达到46.8%, 57.2%和84.6%, Pt/TNTs的光催化活性较金红石相二氧化钛粉体和纯TNTs有显著的提高。