半导体分布反馈(DFB)激光器以其卓越的光谱特性、调制特性以及低成本、可量产优势已经成为光纤通信、空间光通信中的重要光源,并将在5G、数据中心、激光雷达以及微波光子学等应用中发挥不可替代的作用。针对通信波段半导体DFB激光器的不同应用需求及特征展开综述,分别就直接调制DFB激光器、大功率DFB激光器以及低噪声(窄线宽及低相对强度噪声)DFB激光器的设计原理、优化方法及进展进行了整理、评述与展望。

激光器系统中半导体激光器的功率输出稳定度和工作温度有很大的关系, 为了使大功率半导体激光器输出功率稳定, 需要对激光器实现高精度、快速温度控制。针对现有的激光系统中激光器温度控制系统存在控制精度不够高、控制速度慢等问题, 设计了一种温度稳定系统, 采用PT-100热电偶测量激光器温度, 并使用最小二乘法对温度数据进行拟合, 使得温度测量精度达到0.01 ℃; 使用改进粒子群算法优化(PSO)的PID控制器实现温度控制。仿真实验和实际测试表明, 所设计的温度稳定系统能够很好地控制激光器温度, 达到目标温度所需的调节时间小于11 s, 达到稳态后温度波动在±0.02 ℃内。与传统的温度控制方式相比, 所设计的系统能够实现参数自整定并自动调节温度, 对大功率激光系统中激光器温度具有良好稳定效果。

为了使激光扩束器可以长时间的工作于大功率激光照射情况下,在传统多波长激光扩束器的基础上,利用变更材料和结构的方法进行改进,设计了2.3倍和6倍两级扩束的激光扩束器,用光学设计软件分析其像质并进行优化,对像质进行理论分析;加工成型后,置于实际环境中进行实验。经实验验证,在调Q脉冲激光器的峰值功率高达20MW的大功率激光照射下,在系统后1m位置出射光束直径分别为24.5mm和154.8mm,脉冲间隔可以在5s以上,并很好地保持了高斯光束的固有特性。结果表明,扩束器完全达到设计要求,有良好的使用效果。

利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)生长了无铝980 nm InGaAs/InGaAsP/InGaP单量子阱(SQW)激光器, 测试了含铝的InGaAs/GaAs/AlGaAs和无铝的InGaAs/InGaAsP/InGaP两种不同材料的980 nm InGaAs SQW激光器在30～70 ℃范围内的P-I-V特性曲线, 对比分析了两种材料系980 nm激光器输出光功率、阈值电流、斜率效率和激射波长随温度的变化, 并对InGaAs/InGaAsP/InGaP激光器进行了可靠性实验。

设计并制作了一种全固态大功率半导体激光阵列恒温散热系统.它利用半导体制冷器对大功率半导体激光阵列吸热,然后经由风冷散热.经测试,单bar激光阵列连续输出功率达到15.28W,双bar阵列输出达27.8W时,全部达到风冷散热控温精度±0.1℃;当环境温度达到45℃时,仍然能够保证激光阵列的正常使用.

设计并制作了条宽100μm,腔长1 mm的有源区无铝高功率SCH-SQW激光器,室温连续输出功率达1 W,阈值电流密度为460A/cm2,外微分量子效率为0.68 W/A,激射波长为849 nm(腔面未镀膜).

针对大功率低腔压激光器研制了利用喷流引射原理形成低气压密封的引射式气动窗口,并进行了密封性能实验和光束质量测试。对现有模型的实验研究结果表明,单纯使用喷流引射作用,可使密封压力接近0.1 atm,而且引射气流的引入未使光轴中心发生漂移或偏转,输出光强分布也基本无变化。当辅以抽真空时,密封压力可降至66.65Pa,而且可方便地将密封压力稳定在任意值。