首页 > 论文 > 中国激光 > 45卷 > 10期(pp:1005004--1)

大功率半导体激光器波导热透镜效应及对慢轴光束发散角的影响

Thermal Lens Effect of High Power Semiconductor Laser Waveguide and Its Influence on Beam Divergence Angle of Slow Axis

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摘要

模拟分析了大功率半导体激光器的稳态温度场, 通过温度场计算半导体激光器的热透镜焦距及其对慢轴发散角的变化量, 并获得半导体激光器的热功率及其关系。分析表明, 相同条件下热功率与热透镜焦距近似为反比关系, 与慢轴光束发散角近似为线性关系。当热功率达到10 W时, 热透镜焦距为568 μm, 慢轴发散角增加约10°。实验测量了不同工作电流条件下激光器的慢轴发散角, 结果显示模拟值与实验值基本一致。

Abstract

The steady-state temperature distribution of high-power semiconductor lasers is simulated, the thermal lens focal length and the variation of the slow axis divergence angle are calculated with the temperature distribution under different thermal power conditions. Results show that, under the same conditions the thermal power and the thermal lens focal length are approximately inversely proportional, and the slow axis divergence angle is approximately linear with thermal power. When the thermal power reaches 10 W, the thermal lens focal length is 568 μm, and the slow axis divergence angle increases about 10°. The slow axis divergence angle of the laser under different working current conditions is measured and the results show that the simulated values are consistent with the experimental values.

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中图分类号:TN248.4

DOI:10.3788/cjl201845.1005004

所属栏目:光束传输与控制

基金项目:国家重点研发计划(2017YFB0405100)、国家自然科学基金(61774024)、吉林省科技发展计划(20150203007GX,20160203017GX,20170101047JC,20170203014GX)

收稿日期:2018-03-16

修改稿日期:2018-04-17

网络出版日期:2018-05-21

作者单位    点击查看

宋健:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
高欣:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
闫宏宇:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
张晓磊:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
张哲铭:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
徐雨萌:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
顾华欣:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
刘力宁:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
薄报学:长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022

联系人作者:薄报学(bbx@cust.edu.cn)

【1】Ou F, Li X Y, Liu B Y, et al.Enhanced radiation-loss-based radial-waveguide-coupled electrically pumped microresonator lasers with single-directional output[J]. Optics Letters, 2010, 35(10): 1722-1724.

【2】Fang J X, Dong S Y, Xu B S, et al. Study of stresses of laser metal deposition using FEM considering phase transformation effects[J]. Chinese Journal of Lasers, 2015, 42(5): 0503009.
方金祥, 董世运, 徐滨士, 等. 考虑固态相变的激光熔覆成形应力场有限元分析[J]. 中国激光, 2015, 42(5): 0503009.

【3】Hai Y N, Zou Y G, Tian K, et al. Research progress of horizontal cavity surface emitting semiconductor lasers[J]. Chinese Optics, 2017, 10(2): 194-206.
海一娜, 邹永刚, 田锟, 等. 水平腔面发射半导体激光器研究进展[J]. 中国光学, 2017, 10(2): 194-206.

【4】Asif K M, Shatalov M, Maruska H P, et al. Ⅲ-nitride UV devices[J]. Japanese Journal of Applied Physics, 2005, 44(10): 7191-7206.

【5】Cheng D M, Song X S, Liu Y, et al. Catastrophic optical damage in laser diode[J].Semiconductor Optoelectronics, 2002, 23(2): 87-89.
程东明, 宋晓舒, 刘云, 等. 半导体激光器中的光学灾变[J]. 半导体光电, 2002, 23(2): 87-89.

【6】Li P X, Yin F J, Zhang C S, et al. 808 nm single emitter high power laser with 13.6 W[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(1): 0101013.
李沛旭, 殷方军, 张成山, 等. 808 nm连续输出13.6 W单芯片大功率激光器[J]. 中国激光, 2018, 45(1): 0101013.

【7】Wang L J, Ning Y Q, Qin L, et al. Development of high power diode laser[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2015, 36(1): 1-19.
王立军, 宁永强, 秦莉, 等. 大功率半导体激光器研究进展[J]. 发光学报, 2015, 36(1): 1-19.

【8】Li D Y, Huang Y Z, Zhu J J, et al. Thermal lensing effect in ridge structure InGaN multiple quantum well laser diodes[J]. Journal of Applied Physics, 2006, 100(4): 046101.

【9】Bendow B, Gianino P D. Optics of thermal lensing in solids[J]. Applied Optics, 1973, 12(4): 710-718.

【10】Klein C A. Optical distortion coefficients of high-power laser windows[J]. Optical Engineering, 1990, 29(4): 343-350.

【11】Rieprich J, Winterfeldt M, Tomm J, et al. Assessment of factors regulating the thermal lens profile and lateral brightness in high power diode lasers[J]. Proceedings of SPIE, 2017, 10085: 1008502.

【12】Wang W, Gao X, Zhou Z P, et al. Steady-state thermal analysis of hundred-watt semiconductor laser with multichip-packaging[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1438-1443.
王文, 高欣, 周泽鹏, 等. 百瓦级多芯片半导体激光器稳态热分析[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1438-1443.

【13】Guo C Z. Theory of semiconductor lasing mode[M]. Beijing: Posts & Telecom Press, 1989: 69-71.
郭长志. 半导体激光模式理论[M]. 北京: 人民邮电出版社, 1989: 69-71.

【14】Qiao Y T. GRIN optics[M]. Beijing: Science Press, 1991: 98-100.
乔亚天. 梯度折射率光学[M]. 北京: 科学出版社, 1991: 98-100.

【15】Koechner W. Solid-state laser engineering[M]. Beijing: Science Press, 2002: 363-364.
克希耐尔. 固体激光工程[M]. 北京: 科学出版社, 2002: 363-364.

【16】Li X, Xu X J, Xi F J, et al. Measuring thermal focal length with a curvature sensor[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2007, 19(9): 1465-1468.
李霄, 许晓军, 习锋杰, 等. 采用曲率传感器测量热透镜焦距[J]. 强激光与粒子束, 2007, 19(9): 1465-1468.

【17】Wang S, Liu C, Chen J, et al. Influence of resonator structure of solid-state laser on thermal focal length measurement[J]. Chinese Journal of Lasers, 2007, 34(10): 1431-1435.
汪莎, 刘崇, 陈军, 等. 固体激光器腔型结构对热透镜焦距测量的影响[J]. 中国激光, 2007, 34(10): 1431-1435.

【18】Wen J J. Theoretical analysis on the thermal effects of laser medium[D]. Shanghai: Donghua Unversity, 2008: 31-35.
温姣娟. 激光介质热效应的理论分析[D]. 上海: 东华大学, 2008: 31-35.

【19】Qu P F, Wang S Y, Guo Z, et al. Adaptive adjusting technique of thermal effect to laser beam quality[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(5): 0514001.
屈鹏飞, 王石语, 过振, 等. 热效应对激光器光束质量的自适应调整技术[J]. 光学学报, 2017, 37(5): 0514001.

【20】Jiang J P. Semiconductor laser[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2000: 74.
江剑平. 半导体激光器[M]. 北京: 电子工业出版社, 2000: 74.

引用该论文

Song Jian,Gao Xin,Yan Hongyu,Zhang Xiaolei,Zhang Zheming,Xu Yumeng,Gu Huaxin,Liu Lining,Bo Baoxue. Thermal Lens Effect of High Power Semiconductor Laser Waveguide and Its Influence on Beam Divergence Angle of Slow Axis[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(10): 1005004

宋健,高欣,闫宏宇,张晓磊,张哲铭,徐雨萌,顾华欣,刘力宁,薄报学. 大功率半导体激光器波导热透镜效应及对慢轴光束发散角的影响[J]. 中国激光, 2018, 45(10): 1005004

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