高功率高光束质量半导体碟片激光器的研究
发布时间：2022-10-22 18:42
半导体碟片激光器（SDL）又称作光泵浦垂直外腔面发射激光器,这种新型半导体激光器结合了光泵浦固体激光器和半导体激光器的优点,如光束质量好、输出功率高、波长丰富、泵浦带宽、泵浦吸收效率高、结构紧凑、外延材料无需掺杂等优点。这些优势使得SDL在激光显示、激光通信、目标探测、生物医疗与材料分析等诸多领域应用广泛。本论文主要围绕半导体碟片激光器功率、光束质量限制机理与控制方法这一关键科学问题,开展了高功率半导体碟片激光器高效热管理、近衍射极限光束质量实现和腔内倍频光束控制方法的研究,研究内容和取得的创新性成果如下:（1）针对半导体碟片激光器的高效热管理问题,提出采用Cu-Sn合金预金属化金刚石键合碟片激光器的方法,解决传统金属固液键合过程中,铂层扩散凝结导致的较差的键合质量和高的热阻问题,通过对比测试预金属化金刚石和非预金属化金刚石键合碟片激光器的输出功率和热阻,证实该方法可有效提升键合质量,降低热阻,提高功率,通过结合该种键合方式和增大泵浦光斑尺寸的方法,实现了超过27 W的连续功率输出和46.5%的光-光转化效率。（2）针对如何实现高功率半导体碟片激光器近衍射极限激光输出的问题,系统研究了...
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 半导体碟片激光器研究的发展与现状
1.2.1 近红外连续半导体碟片激光器
1.2.2 中红外连续半导体碟片激光器
1.2.3 倍频至可见光连续半导体碟片激光器
1.2.4 锁模脉冲半导体碟片激光器
1.3 半导体碟片激光器应用
1.4 本论文主要研究内容
第2章 光泵浦半导体碟片激光器的结构与机理
2.1 引言
2.2 基本原理
2.2.1 受激辐射放大
2.2.2 自激振荡
2.3 半导体碟片激光器基本结构
2.3.1 反射镜设计
2.3.2 有源区设计
2.3.3 窗口层设计(腐蚀截止层、盖层)
2.3.4 外腔
2.4 性能评价参数
2.4.1 输出阈值
2.4.2 输出功率
2.5 本章小结
第3章 半导体碟片激光器的制备
3.1 引言
3.2 外延片制备与处理
3.2.1 外延片制备
3.2.2 外延片解理
3.2.3 外延片清洗
3.2.4 外延片的金属化和焊接(键合)
3.2.5 去衬底
3.3 本章小结
第4章 高功率半导体碟片激光器热管理
4.1 研究背景
4.2 半导体碟片激光器热管理
4.2.1 废热产生来源与热分析模型
4.2.2 热管理的模拟分析
4.2.3 热阻分析与测试机理
4.2.4 预金属化金刚石键合
4.3 高功率半导体碟片激光器
4.3.1 碟片结构
4.3.2 实验装置
4.3.3 结果与讨论
4.4 本章小结
第5章 半导体碟片激光器光束质量研究
5.1 引言
5.2 半导体激光器的光束质量定义与测试标准
5.2.1 半导体激光器远场发散角
5.2.2 光束质量的定义和测试标准
5.3 光束质量测试实验装置
5.4 实验结果讨论
5.4.1 不同输出镜透射率对碟片激光器输出功率的影响
5.4.2 不同泵浦光入射角度对碟片激光器输出性能的影响
5.4.3 不同温度对碟片激光器输出性能的影响
5.4.4 不同曲率半径输出镜和不同腔长对碟片激光器输出功率的影响
5.4.5 不同曲率半径输出镜和不同腔长对碟片激光器光束质量的影响
5.5 泵浦光斑尺寸与基模模式面积对碟片激光器光束质量的影响
5.6 本章小结
第6章 半导体碟片激光器腔内倍频与光束控制
6.1 研究背景
6.2 非线性光学原理
6.2.1 非线性极化
6.2.2 非线性光学极化率
6.2.3 二次谐波产生
6.2.4 相位匹配
6.2.5 晶体选择
6.3 倍频实验
6.3.1 倍频实验装置与功率性能测试研究
6.3.2 倍频光束质量研究
6.3.3 倍频光束控制研究
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 主要成果
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3696659
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 半导体碟片激光器研究的发展与现状
1.2.1 近红外连续半导体碟片激光器
1.2.2 中红外连续半导体碟片激光器
1.2.3 倍频至可见光连续半导体碟片激光器
1.2.4 锁模脉冲半导体碟片激光器
1.3 半导体碟片激光器应用
1.4 本论文主要研究内容
第2章 光泵浦半导体碟片激光器的结构与机理
2.1 引言
2.2 基本原理
2.2.1 受激辐射放大
2.2.2 自激振荡
2.3 半导体碟片激光器基本结构
2.3.1 反射镜设计
2.3.2 有源区设计
2.3.3 窗口层设计(腐蚀截止层、盖层)
2.3.4 外腔
2.4 性能评价参数
2.4.1 输出阈值
2.4.2 输出功率
2.5 本章小结
第3章 半导体碟片激光器的制备
3.1 引言
3.2 外延片制备与处理
3.2.1 外延片制备
3.2.2 外延片解理
3.2.3 外延片清洗
3.2.4 外延片的金属化和焊接(键合)
3.2.5 去衬底
3.3 本章小结
第4章 高功率半导体碟片激光器热管理
4.1 研究背景
4.2 半导体碟片激光器热管理
4.2.1 废热产生来源与热分析模型
4.2.2 热管理的模拟分析
4.2.3 热阻分析与测试机理
4.2.4 预金属化金刚石键合
4.3 高功率半导体碟片激光器
4.3.1 碟片结构
4.3.2 实验装置
4.3.3 结果与讨论
4.4 本章小结
第5章 半导体碟片激光器光束质量研究
5.1 引言
5.2 半导体激光器的光束质量定义与测试标准
5.2.1 半导体激光器远场发散角
5.2.2 光束质量的定义和测试标准
5.3 光束质量测试实验装置
5.4 实验结果讨论
5.4.1 不同输出镜透射率对碟片激光器输出功率的影响
5.4.2 不同泵浦光入射角度对碟片激光器输出性能的影响
5.4.3 不同温度对碟片激光器输出性能的影响
5.4.4 不同曲率半径输出镜和不同腔长对碟片激光器输出功率的影响
5.4.5 不同曲率半径输出镜和不同腔长对碟片激光器光束质量的影响
5.5 泵浦光斑尺寸与基模模式面积对碟片激光器光束质量的影响
5.6 本章小结
第6章 半导体碟片激光器腔内倍频与光束控制
6.1 研究背景
6.2 非线性光学原理
6.2.1 非线性极化
6.2.2 非线性光学极化率
6.2.3 二次谐波产生
6.2.4 相位匹配
6.2.5 晶体选择
6.3 倍频实验
6.3.1 倍频实验装置与功率性能测试研究
6.3.2 倍频光束质量研究
6.3.3 倍频光束控制研究
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 主要成果
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3696659
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