提出了一种非对称异质波导半导体激光器外延结构,即通过优化选择材料体系和结构厚度,对器件外延层的P侧限制结构和N侧限制结构分别设计,从而降低器件的电压损耗,使其满足高输出功率以及高的电光转换效率的要求.从载流子的输运和限制等微观机制出发,对器件的主要输出特性进行了理论分析和数值模拟,并以此为根据设计和制作了一种1060 nm InGaAs/GaAs单量子阱非对称异质波导结构半导体激光器,并对器件的主要输出特性进行了测试.实验结果表明,非对称异质结构是降低器件的电压降、增大限制结构对注入载流子的限制,提高半导体激光器电光转换效率的有效措施.

针对高功率1060 nm半导体激光器的外延结构，分析了影响器件功率进一步提高的原因.根据分析，优化了激光器的量子阱结构和波导结构，并理论模拟了波导宽度对模式和输出功率的影响.根据不同模式的光场分布，对量子阱有源区的位置进行了优化，并设计了非对称、宽波导结构.对不同模式的限制因子进行了计算，结果表明，优化后的非对称波导结构能够在降低基模的限制因子的同时，增加高阶模式的损耗.

利用法布里-珀罗(F-P)标准具选频实现了单纵模593.5 nm激光和频输出.采用单块Nd:YVO4晶体,通过对谐振腔输出镜膜系的设计与优化,在两镜线性腔中实现了稳定的1 064 nm与1 342 nm双波长振荡.放入Ⅰ类位相匹配和频晶体LBO进行腔内和频时,抽运功率为2 W可获得52 mW的593.5 nm橙黄色激光输出,但输出光束噪声较大,其RMS噪声为6.8%.在腔内加入400μm厚熔融石英标准具进行选频,实现了单纵模593.5 nm激光输出,单纵模线宽为600 MHz,输出功率为34 mW,RMS噪声降为0.3%,实现了低噪声输出.实验结果表明,在和频过程中,利用一块标准具对两个波长同时进行选频是获得单纵模和频光的有效方法.

提出了一种基于马赫-泽德干涉仪的检测法.理论分析表明,该法检测到的物光与参考光的干涉条纹即为晶体径向平面上的等温线.通过热分析软件对均匀和非均匀致冷晶体温度场的模拟表明,当检测到的干涉条纹为以晶体径向平面中心为圆心的圆环时,晶体周边接触良好,致冷均匀;当检测到的干涉条纹向某一方向扭曲时,该方向上致冷块与晶体边界接触不好.对装在铜致冷座里的3 mm×3 mm×5 mm,a切割,0.5% Nd3+掺杂的Nd∶YVO4晶体进行了检测,根据检测到的干涉条纹扭曲方向重新安装了致冷座,获得了以端面中心为圆心的干涉环.实验结果与理论分析相符,证明马赫-泽德干涉法可以检测晶体侧面致冷均匀性.

报道了一种利用复合腔进行腔内和频的589nm激光器。激光器由两个子谐振腔组成。在两个子谐振腔中,分别利用两个激光二极管(LD)抽运Nd:YAG 晶体和Nd:YVO4晶体,并分别选择1319 nm波长(对应Nd:YAG晶体的4F3/2→4I13/2跃迁)与1064 nm波长(对应Nd:YVO4晶体的4F3/2→4I11/2跃迁)振荡进行和频。通过谐振腔的优化设计,实现了腔内两个波长较好的模式与增益匹配。在两个子腔的交叠部分,利用BiB3O6(BIBO)晶体Ⅰ类临界相位匹配进行腔内和频,得到和频激光输出。当Nd:YAG与Nd:YVO4晶体上抽运功率分别为750 mW和600 mW时,获得了24 mW,589 nm黄橙激光输出。该输出激光光束质量好、噪声低。

利用CCD成像技术,设计出一种简单的测量垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光束质量因子M2的方法。在注入电流分别为900 mA,1500 mA,3000 mA和6000 mA时,对出光孔径300μm, 激射波长为980 nm的垂直腔底面发射激光器的束腰等光束参数进行了测量,并应用激光光束传播的高斯方程拟合求得了M2因子的值分别为66,58,44和53。另外,当注入电流为900 mA和3000 mA时,对器件的远场分布进行了分析并测得了器件的远场发散角,测量值与理论计算值吻合较好。

用激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4晶体,采用四镜环形腔结构,腔内放置由法拉第旋光器,λ/2波片及布氏片组成的光学单向器,利用KTP内腔倍频技术,实现了高输出单频Nd:YVO4绿光激光器及稳定的单频激光输出.在9 W的泵浦功率下,最大单频绿光输出为1.1 W,光-光转化效率为12.2%.在腔内插入Cr4+:YAG晶体,又获得了脉宽为100ns,重复频率为21 kHz的单纵模被动调Q激光输出.