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
设计并制作了一种新型含有组合光栅结构的分布式布拉格反射(CDBR)半导体激光器。通过引入组合光栅结构,对分布式布拉格反射(DBR)激光器的高阶侧向模式进行调控,提升了高阶侧向模式的损耗,最终优化了远场光斑图案。实验制得的器件腔长为2 mm,脊波导宽度为40 μm,高阶光栅周期为7 μm,占空比为0.6。当注入电流为1.0 A时,组合光栅起到明显作用,远场光斑图案从DBR-激光二极管(LD)的多瓣优化到CDBR-LD的单瓣。CDBR-LD在电流为1.25 A时的饱和输出功率约为433 mW,斜率效率为0.337 W·A-1,注入电流为0.95 A时的光谱半峰全宽(FWHM)约为0.61 nm。
激光器 半导体激光器 组合光栅 侧向模式 远场光斑 脊波导 中国激光
2023, 50(23): 2301011
长春理工大学 高功率半导体激光国家级重点实验室,长春 130022
通过设计基于金刚石微槽结构的复合热沉,利用不同材料的热导率差异改变热流传导方向,以优化垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)面阵由于温度分布不均匀导致的中心热量堆积的问题,从而改善激光器面阵整体的输出功率,提高可靠性。基于有限元分析法建立三维热电耦合模型,研究了VCSEL面阵单元排布方式对激光器热串扰效应的影响,同时还研究分析了金刚石复合热沉中微槽形状和位置的变化对半导体激光器内部温度的影响,设计最优结构对激光器的出光性能做进一步优化。采用金刚石复合热沉后的垂直腔面发射激光器面阵,与传统金刚石热沉的封装结构相比,激光器发光单元的温度差值降低了29%,为大面积半导体激光器面阵的输出功率优化提供了新思路。
半导体激光器 金刚石复合热沉 微槽结构 有限元分析法 热管理 semiconductor lasers diamond composite heat sink micro groove structure finite element analysis method thermal management
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
为了实现高功率半导体激光器连续泵浦源输出,设计一种使用微通道热沉封装多个单管半导体激光器的堆叠结构。基于有限元分析,此结构可以通过辅助热沉和微通道内部圆柱翅片扩展单管半导体激光器的传热渠道,与传统凹槽微通道相比,热传导效果有所增强,优化提出斜翅片结构,控制水流速,调节流体流动从而产生混流效应,进一步改善微通道散热性能,对其封装下的多单管进行功率拟合,理论最大输出功率可达128.75 W,在微通道热沉所需制冷功耗较低的前提下,可以实现多单管半导体激光器连续工作模式下泵浦且满足其散热需求。
半导体激光器 微通道 斜翅片 有限元分析 散热性能 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114005
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
为了提高半导体激光器作为光纤激光器、固体激光器泵浦源的亮度,基于光束准直、空间光束合成、偏振光合成、光纤耦合等技术,提出了一种紧凑的光束整形系统来均衡半导体激光器快慢轴的光束质量,采用类似阶梯型棱镜和两个30°的直角棱镜填充快轴方向暗区,并用偏振合束器对慢轴光束宽度进行压缩的光束整形方案,设计出了一种紧凑的高亮度光纤耦合系统。该系统由8个mini-bar组成的半导体激光器叠阵耦合进芯径为100 μm、数值孔径为0.22的光纤中,其输出功率为272.4 W,光光转换效率为85.1%,亮度高达22.832 MW/(cm2·sr)。
光学设计与制造 泵浦亮度 光束准直 光纤耦合 阶梯型棱镜 偏振合束器 光束整形 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1522002
1 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
2 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心,北京 100083
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 100049
为了提高808 nm激光器对固体激光器的泵浦效率,对其波长稳定性进行了研究。阐述了光栅设计的理论基础。将纳米压印、干法刻蚀及湿法腐蚀工艺相结合,制备了含有一阶光栅的808 nm分布反馈(DFB)激光器阵列。在准连续条件(脉宽为200 μs,频率为20 Hz)下对所制备的激光器进行性能测试。测试结果表明:所制备的808 nm DFB激光器阵列的发射波长随温度的漂移系数为0.06 nm/℃,温度锁定范围可达70 ℃(-10~60 ℃),随电流的漂移系数为0.006 nm/A。
激光器 锁定 808 nm 激光器阵列 一阶光栅
1 河北工业大学 材料科学与工程学院,天津 300130
2 吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室,吉林 长春 130012
基于卤化铅的钙钛矿材料因其优良的光电性能和可溶液加工特性,近年来受到光伏及光电领域研究人员的广泛关注。然而,铅(Pb)基钙钛矿材料因其毒性和不稳定性使其无法在商业领域大规模普及应用。开发非铅钙钛矿光吸收材料能够有效降低其环境毒性,是未来新一代光伏技术发展的主要趋势。本文综述了非铅钙钛矿光电材料目前的最新研究进展,系统讨论了其晶体结构、理化性质、光伏特性及其场景应用。我们重点综述了结构相似于卤化铅钙钛矿的三维非铅钙钛矿化合物的研究进展,同时还探讨了二维Ruddlesden-Popper相、低维缺陷相非铅钙钛矿化合物和非钙钛矿类化合物的研究进展。本文能够为获得安全、稳定、环境友好的新一代光电材料提供重要借鉴。
无铅 钙钛矿 太阳能电池 lead-free perovskite solar cell
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
为了改善宽脊波导半导体激光器侧模特性和光谱特性, 提出了一种具有侧向微结构脊波导和高阶脊表面光栅的分布反馈半导体激光器。该激光器在宽脊波导的两侧刻蚀微结构区, 基于各阶侧模光场分布不同的特性, 增大了谐振腔内基侧模与高阶侧模的损耗差, 消除了远场光斑“多瓣”现象并且输出功率有所提升; 同时, 借助高阶脊表面光栅, 器件的线宽得到了进一步压窄。在脊波导宽度50 μm、腔长1 mm的情况下, 与宽脊波导半导体激光器相比, 制备的激光器件在0.6 A驱动电流下实现了对高阶侧模的抑制, 输出功率、斜率效率、电光转换效率分别提升了16.4%、17.9%、15%, 并且光谱特性得到了有效的改善, 光谱线宽约为39 pm。
半导体激光器 侧向微结构 高阶Bragg光栅 侧向模式 窄线宽 远场光斑 semiconductor laser high order Bragg grating lateral microstructure lateral mode narrow line width far-field spot