1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
设计并制备了780 nm大功率半导体激光器的单管和巴条。采用金属有机化学气相沉积技术制备的外延结构，分别使用GaAsP和GaInP作为量子阱和波导层，限制层是具有高带隙的AlGaInP材料。量子阱与波导层带隙0.15 eV，波导层与限制层带隙0.28 eV，抑制了载流子泄露。1.55 μm厚非对称大光学腔波导结构抑制快轴高阶模，同时缓解腔面损伤问题。为进一步提高腔面损伤阈值，利用超高真空解理和钝化技术，在腔面上沉积了非晶ZnSe钝化层。条宽150 μm、腔长4 mm的单管器件，在电流为15 A时，输出连续功率16.3 W未出现COD现象，斜率效率达到1.27 W/A，电光转换效率为58%，慢轴发散角9.9°，光谱半高宽为1.81 nm。填充因子为40%的厘米巴条，在192 A下实现连续输出功率180 W，电光转换效率为50.7%，光谱宽度仅为2.2 nm。
半导体激光器 泵浦源 高效率 腔面光学灾变损伤 硒化锌 semiconductor laser pump source high efficiency catastrophic optical mirror damage ZnSe 强激光与粒子束
2023, 35(11): 111002
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
半导体激光功率的提升对于**安全、激光通信、激光探测/传感、激光照明、医疗美容等领域有着重要的意义。半导体激光共孔径合成技术可以在保证光束质量的情况下大幅提升输出功率，近年来得到了广泛的关注。半导体激光共孔径光谱合成和半导体激光共孔径相干合成是两种典型的半导体激光共孔径合成技术手段，多家国内外机构在这两种技术上一再取得突破。本文综述了上述半导体激光共孔径合成技术的发展，并对该技术的发展前景进行了展望。
激光器与激光光学 激光二极管 激光共孔径合成 半导体激光 激光光谱合成 激光相干合成 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1900002
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
半导体激光器（LD）的增益谱随着加载电流和温度的变化而变化，不同功率下LD的输出波长难以稳定。功率为120 W、中心波长为809 nm的LD在10%~100%功率出光期间的波长漂移约为6 nm，这对于激光器的直接应用是不利的。目前通常采用体布拉格光栅（VBG）锁定或片上分布式反射（DBR）、分布式反馈（DFB）的方法进行波长锁定来解决该问题，但仍存在低功率下波长不稳定的缺点。为此，本文提出了一种基于“电开关选通控制+光纤合束器”的半导体激光光源方案，通过在相同电流下控制激光器的挡位来调节功率，在不增加额外光学器件的情况下达到了波长稳定的目的；该光源包含数个12 W单模块LD、数个电功能模块、控制或通信软件、半导体制冷片（TEC）控温模块、光纤合束器、光学准直镜筒；该光源的中心波长稳定在808~810 nm范围内，功率大于120 W，光斑的非均匀性（均方根）<10%。该光源通过了高低温环境实验考核，可在-55~50 ℃范围内存放及工作，同时可满足冲击振动、电磁兼容环境下的实验要求。
激光器 波长稳定 电开关 分挡调节功率 半导体激光光源 中国激光
2023, 50(11): 1101018
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
结温升高是影响主控振荡放大(MOPA)半导体激光芯片输出功率的重要因素，为解决MOPA芯片的多电极封装和高效散热问题，提出了一种正装和热扩散辅助次热沉相结合的封装结构。建立了该封装结构的3D热模型，对比研究了倒装封装结构、正装无辅助次热沉结构与正装有辅助次热沉结构对MOPA半导体激光器结温的影响。计算结果表明，采用正装有辅助次热沉结构与倒装封装结构散热性能接近，且显著优于正装无辅助次热沉结构，结温降低幅度最高可达40%。另外，采用正装有辅助次热沉封装结构的MOPA半导体激光芯片在连续工作条件下输出功率为10.5 W，谱宽可实现半高全宽小于0.1 nm，中心波长随电流的变化约14 pm/A，实现了10 W级MOPA芯片的封装，验证了该封装结构的有效性。
锥形半导体激光器 热设计 封装结构 热沉 master oscillator power amplifier diode laser thermal design package structure heat sink 强激光与粒子束
2023, 35(5): 051001
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光重点实验室，四川 绵阳 621900
对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层，以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏，调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm-1，内部量子效率为0.954，远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计，提出了沿谐振腔线性电流分布结构，以减少空间烧孔效应，这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片，在25°C连续电流注入下，21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。
量子阱激光器 超大光腔 载流子泄露 效率 quantum-well lasers supper-large-optical-cavity carrier leakage efficiency
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
半导体光纤耦合输出泵浦源是光纤激光器的核心器件，其性能直接制约光纤激光器的输出水平。采用COS封装的高功率LD芯片，通过VBG外腔光谱锁定和精密光束整形变换技术，结合偏振合束与精密聚焦耦合技术将18个LD单元耦合进105 μm/NA0.22光纤，获得不低于260 W功率输出。实验表明，该模块在注入电流18 A时，可获得稳定输出连续功率264 W，对应电光效率52%，输出光谱中心波长975.92 nm，谱宽0.51 nm。该设计为获得高功率、高亮度波长稳定泵浦源提供了一条可行途径，光纤耦合输出模块工程化后可广泛应用在光纤激光器泵浦等领域。
半导体激光器 光纤耦合 波长锁定 光束整形 diode laser fiber coupling wavelength-control beam shaping 强激光与粒子束
2022, 34(6): 061002
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
相比常规的二向色镜激光合束，采用窄线宽半导体激光结合薄膜二向色镜进行的密集光谱合束，通道数量显著增多，可以实现高功率、高亮度的半导体激光输出。理论分析了薄膜二向色镜入射角度与中心波长、透过率之间的关系，结果表明：随着入射中心波长增大，入射角度逐渐变小，同时薄膜二向色镜的透射谱随之发生改变。对中心波长为969 nm、976 nm、981 nm的3束半导体激光开展了密集光谱合束实验，实现了输出功率为311.9 W、合束效率为95.88%、亮度为58.42 MW/(cm2·sr)、子束光谱间隔最大为7 nm的合束激光输出，合束激光相比子束的光束质量退化率不大于1.06倍。
激光器 半导体激光 光谱合束 二向色镜 高亮度
强激光与粒子束
2022, 34(3): 031009
