强激光与粒子束
2023, 35(4): 041007
1 河南科技大学 电气工程学院，河南 洛阳 471023
2 河南科技大学 软件学院，河南 洛阳 471023
批量生产中，锑化铟红外焦平面列阵探测器(InSb IRFPAs)局部分层失效现象已成为制约其成品率提升的瓶颈。为探究InSb IRFPAs局部分层诱因，借助内聚力模型，在InSb芯片与底充胶的界面处铺满内聚力单元，优选内聚力模型参数，建立InSb IRFPAs局部失效分析二维模型。模拟结果得到了实测局部分层分布特征的证实，即：(1) 局部分层大多出现在芯片周边区域，涵盖一定宽度；(2) InSb芯片与底充胶之间的界面局部脱开后，逐渐向两侧扩展。为剖析局部分层诱因，系统分析了张开型与滑开型裂纹扩展共同作用下混合模态比取不同值时局部分层分布特征的演化规律，认为当张开型和滑开型裂纹扩展的混合比取4: 6时，模拟结果与实测结果高度吻合。至此笔者认为InSb IRFPAs局部分层源于界面法向应力与面内剪切应力的共同作用，属于典型的混合型局部分层模式，其中滑开型局部分层模式占主导。
锑化铟红外焦平面列阵探测器 内聚力模型 局部分层 混合模态比 InSb IRFPAs cohesive zone model(CZM) local delamination mixed-mode ratios 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210133
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 陕西省计量科学研究院, 陕西 西安 710100
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。
高功率 半导体激光列阵芯片 高温特性 能量损耗分布 high power laser diode array chips high temperature characteristic energy loss distribution
1 海军工程大学 兵器工程学院， 武汉430033
2 海军工程大学 电子工程学院，武汉430033
3 武汉理工大学 信息工程学院， 武汉400
提出一种细尺寸、大孔径、高增益的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵。根据匹配干涉方法选用反射率一致、中心波长相同以及3 dB带宽较宽的弱反射光纤光栅阵列；根据水声传感原理确定弱反射光纤光栅阵列的栅距以应用于5~10 Hz甚低频水声信号探测。采用光纤涂覆机对弱反射光纤光栅阵列二次涂覆，阵列中心波长整体一致漂移，栅距基本不变。采用扎纱机和护套机在二次涂覆弱反射光纤光栅阵列外铺设凯夫拉纤维和聚氨酯保护套形成水听器拖曳线列阵。测试拖曳线列阵水听器单元的声压-相位灵敏度在1 rad/μPa条件下分别为-136.97 dB@ 5 Hz、-139.64 dB@7.5 Hz、-139.36 dB@10 Hz；分析流噪声引起的水听器自噪声功率谱，拖速为8 m/s、频段为1~100 Hz的谱值在45~95 dB （1 μPa2/Hz）范围内。实验和分析结果表明，所提出的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵甚低频段灵敏度高、流噪声低，有望增强无人航行器的甚低频水声信号探测功能。
光纤布拉格光栅 弱反射 水听器 拖曳线列阵 Fiber Bragg grating Weak reflection Hydrophone Towed line array
1 中国科学院半导体研究所 光电子器件国家工程中心, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
为提高大功率半导体激光器的泵浦效率, 必须降低半导体激光器输出波长随温度的漂移系数。采用MOCVD外延技术、纳米压印和干法刻蚀附加湿法腐蚀等工艺制备了大功率分布反馈激光器列阵。激光器列阵的腔长为1 mm, 25 ℃时中心波长为808 nm, 通过测试不同热沉温度下的P-V-I曲线和光谱图, 表明当脉冲工作电流为148 A时, 激光器列阵的输出功率可以达到100 W, 斜率效率为0.9 W/A, 光谱的FWHM为0.5 nm, 边模抑制比可以达到40 dB, 出射波长随温度的漂移系数为0.056 nm/℃, 单列阵波长锁定范围可达50 ℃, 总锁定范围100 ℃。另外还分析了腔面镀膜对波长锁定效果的影响。
激光器 分布反馈激光器列阵 内置布拉格光栅 波长稳定 lasers distributed feedback laser diode array inner Bragg grating wavelength stabilization
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 四川师范大学物理与电子工程学院, 四川 成都 610101
2 四川大学物理科学与技术学院, 四川 成都 610064
研究了热晕效应对相干合成和非相干合成的列阵平顶光束在大气中传输的影响。结果表明:当列阵平顶光束在大气中传输且存在横向风时,光斑呈月牙状;相干合成时,光斑内存在多个光强峰值;非相干合成时,光斑内始终保持一个峰值;相对于列阵平顶光束的相干合成,非相干合成受热晕的影响较小;光束阶数N越大的列阵平顶光束受热晕的影响越小,即相对于列阵平顶光束,列阵高斯光束(N=1)受热晕的影响更大;光束传输效率在自由空间中随着N的增大而减小,在大气中则随着N的增大而增大;在大气中且功率相同时,列阵平顶光束的传输效率优于列阵高斯光束的传输效率。
物理光学 大气光学 热晕效应 列阵平顶光束 相干合成 非相干合成
海军大连舰艇学院舰船指挥系, 辽宁 大连 116018
针对如何提高反潜巡逻机巡逻搜索效率的问题，提出了标准单列阵和标准复列阵的概念，构建了标准单(复）列阵参数确定模型，通过模型分析和计算给出了标准单(复）列阵的实用参数；提出了多机协同布设线列阵应遵循的基本原则，给出了多机协同布设单列阵的“两类四种方法”和综合布设复列阵的方法,为反潜巡逻机巡逻搜索筹划提供了方法依据。
反潜巡逻机 巡逻搜索 标准线列阵 布阵方法 anti-submarine patrol aircraft patrol search standard linear array array deploying method
采用金属有机物化学气相沉积设备生长InGaAs/AlGaAs应变多量子阱有源区和双氧化限制层的外延整体结构,利用断点监控电感耦合等离子体刻蚀技术、精确湿法氧化控制技术等芯片制造技术,实现了氧化孔径为7 μm、相邻单元间隔为250 μm的高速调制4×15 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵。测试得到了VCSEL列阵的静态特性和动态特性:阈值电流为0.7 mA,斜效率为0.8 W/A;在6 mA工作电流下,工作电压为2.3 V,光功率为4.5 mW。在15 Gbit/s调制速率下,眼图轮廓清晰,线迹很细,抖动较小且无明显串扰。对比列阵各单元在15 Gbit/s调制速率下眼图的上升时间、下降时间、信噪比、均方根抖动等相关参数,结果表明其动态性能的一致性良好。利用箱线图分析得出外延片上VCSEL器件性能的一致性能良好,能够满足批量生产的要求。
激光器 激光光学 高速调制垂直腔面发射激光器列阵 金属有机物化学气相沉积 外延结构 芯片工艺 静态和动态特性
海军工程大学兵器工程系， 湖北 武汉 430033
针对分布反馈式(DFB)光纤激光水听器的加速度响应影响声压信号探测的问题，研制了一种聚氨酯端面增敏结构的DFB光纤激光水听器。建立了该结构水听器的加速度灵敏度理论模型，理论分析了套筒结构与水听器的加速度灵敏度的关系，仿真分析了水听器两端聚氨酯的弹性模量、泊松比以及高度的差异与其加速度灵敏度的关系，实现了对水听器各结构以及材料参数的优化，并制作了水听器原型样品与拖曳线列样阵，分别开展了加速度灵敏度测试和湖上动态拖曳实验研究。实验结果表明，该结构水听器在20～2000 Hz频率范围内的加速度灵敏度在各频点均小于1.2 dB，与理论分析结果较为吻合，在动态拖曳过程中的变速运动阶段也能对目标形成较高信噪比的稳定波束指向。水听器的抗加速度性能得到了有效预测以及实验验证。
传感器 DFB光纤激光 水听器 加速度灵敏度 对称化设计 拖曳线列阵
