大功率半导体激光器的光束特性研究

发布时间：2019-08-05 18:22

【摘要】：半导体激光器在实际应用中有着重要的意义,它的体积小、功耗低、寿命长、电光转换效率高、波段覆盖范围广,并可采用简单的注入电流的方式使激光器激射。同时它的工作电压和电流与集成电路兼容,因此可用于单片集成,还可用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。基于上述优点,半导体激光器在激光引信、激光制导和测距、激光打印机、激光报警、激光微细加工以及激光手术治疗等方面都得到广泛应用。随着半导体激光器不断发展,对大功率半导体激光器的性能提出更高标准,提高半导体激光器的输出功率、改善半导体激光器的光束质量成为现阶段研究重点。尤其对大功率半导体激光器在大电流工作下,在保证其输出功率的同时还需保证其输出光束传输质量,具体表现在应用过程中,耦合到光纤的耦合效率不随注入电流的变化降低。本论文主要针对980nm大功率半导体激光器的光场特性进行研究分析。研究过程中发现,对激光器光束测量时,输出光束近场产生光斑跳动现象,并且随着注入电流的增大,光斑跳动的现象会更加明显。光斑跳动现象说明半导体激光器内部模式不稳定,严重影响半导体激光器输出光束的光束质量,导致半导体激光器输出功率的下降,光纤耦合效率下降。本论文设计一种沟槽结构,意在改善近场光斑跳动现象,稳定耦合效率。本论文的研究工作主要包括:(1)设计并制备980nm非对称大光腔单发光条大功率半导体激光器外延片,其中大光腔结构增大了激光器的出光面积,用来提高大功率半导体激光器COD(catastrophic optical damage)阈值,同时利用非对称波导结构来抑制高阶模的激射。(2)引入一种沟槽结构,即在半导体激光器的脊形条引线孔内采用了以5?m宽为周期的沟槽。沟槽结构半导体激光器可以将注入载流子有效地限制在沟槽内,减少侧向“光丝”移动,使得腔室内模式趋于稳定,进而抑制近场光斑现象。(3)采用对比方案,进行了沟槽结构激光器与普通结构激光器的比较。分别对上述两种不同结构的半导体激光器进行测试,得到其P-I曲线、耦合前后输出功率和耦合效率。通过耦合前后输出功率的一致性以及耦合效率的稳定,来说明沟槽结构能有效地抑制侧向光丝移动,进而抑制近场光斑跳动现象。(4)将封装好的180只无沟槽结构器件进行可靠性测试,其中功率基本未发生变化72只。本论文中对失效器件进行综合分析,得出镀膜后分离时产生的膜撕裂是激光器失效的主要原因。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248.4

【参考文献】