光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的倍频研究

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器（OPS-VECSEL）是一种新型的半导体激光器,在很多领域有着广阔的应用前景。其外腔结构更容易实现高功率、高光束质量的倍频。本文分析了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的器件结构;研究了VECSEL的倍频,设计了两种不同的VECSEL倍频结构及散热装置。     

2006年国家自然科学基金项目指南:跨科学部交叉项目信息科学部

1．垂直腔面发射大功率激光器的研究(与数理科学部物理Ⅰ交叉) 研究垂直腔面发射大功率激光器及阵列模块的相关物理问题,解决结构设计及器件工艺中的关键技术, 研制连续输出功率高、长寿命的激光器和阵列模块．     

垂直腔面发射激光器(VCSEL) 简介及行业发展趋势

VCSEL简介及应用 垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL) 是一种激光发射方向垂直于P-N结平面而谐振腔面平行于P-N结平面的半导体激光器.1977年,日本东京工业大学的伊贺健一教授提出VCSEL的概念,随后相关的研究如火如荼地展开.     

具有氧化孔径层的方柱形微腔半导体激光器理论模型

对于具有大折射率衬比的氧化孔径层的方柱形垂直腔面发射微腔半导体激光器,基于Maxwell方程组的矢量解,推导了用于计算激光器阈值增益的理论模型,为数值模拟和微腔半导体激光器的最佳设计提供了理论依据.     

垂直腔面发射激光器的高频调制

面向芯片级原子光学器件的研制需要,研究了垂直腔面发射半导体激光器的高频调制特性及Bogatov效应引起的一级侧边带转移效率的不对称现象。设计制作了垂直腔面发射半导体激光器的控制电路与基于微带匹配技术的高精度阻抗匹配电路。通过实验研究了不同射频输入功率下激光器的调制效率。结果显示:在3.4 GHz、3.162 mW射频功率输入下,实现了最大为60%的边带转移效率;激光器一级左右边带调制幅度具有不对称性,并且该不对称性随射频输入功率的增加而增强。     

大功率激光器研究创新成果填补国内空白

我国大功率激光器研究取得创新成果,近日,由中科院长春光机所完成的吉林省科技厅发展计划项目“半导体电泵浦集成微腔激光器”、“高功率光纤激光器”和“980nm垂直腔面发射激光器输出功率的提高”在长春分别通过专家鉴定,整体均处于国内领先水平,并填补了国内空白。     

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的原理与应用

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)是二极管泵浦的多量子阱增益介质半导体激光器。近年来,光泵浦垂直外腔面发射激光器作为半导体能带工程的新成果,在理论和实验方面均取得了令人触目的进展。该器件具有较高的输出功率、卓越的光束质量和紧凑的结构。薄片式的激活介质避免了棒状介质的热透镜效应,周期性共振增益(PRG)结构提高了多量子阱内的受激辐射截面,分布布拉格反射器(DBR)减少了谐振腔的损耗。相对于晶体棒作激活介质的固体激光器来说,这种新型激光器可以通过半导体能带工程提供更加广泛的波长选择范围。它克服了电泵浦边发射和电泵浦面发射半导体激光器的限制,可以提供近衍射极限的基模或TEM01模的圆形光斑。     

可见光垂直腔面发射激光器的性能模拟

采用有限差分光束传播方法(FD-BPM)对氧化型可见光垂直腔面发射激光器进行了模拟计算.在计算中,考虑了电流密度分布、自热效应、量子阱内载流子的横向扩散和光场的分布等主要物理过程,并对各种物理过程进行了自洽式计算;得到了氧化型可见光垂直腔面发射激光器的电流密度分布、温度分布、量子阱内载流子密度的分布,同时计算了阈值电流、光场的横向分布及电流-光功率输出特性.计算结果表明,使用该模型计算出在氧化孔半径为6 μm时阈值电流为0.67 mA,光输出功率最高可达4.5 mW.     

垂直腔面发射激光器的原理与设计

阐述了垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作原理及器件的设计方案,并设计出激射波长为980nm,InGaAs/GaAs多量子阱作为发光材料,氧化物限制电流,衬底面出光的基横模低阈值的器件结构。     

适用于电场探头的垂直腔面发射激光器的PSpice模型

提出了一个适用于电场探头的垂直腔面发射激光器(VCSEL)的PSpice等效电路模型。该模型以VCSEL的速率方程为基础,将速率方程表征为线性电路元件组成的等效电路。通过电路仿真软件PSpice对等效模型进行模拟与分析,验证模型的实用性和准确性。     

基于混沌光注入互耦合VCSELs获取高复杂度混沌同步信号的研究简

提出了一种带光反馈的垂直腔面发射激光器(I-VCSEL)单向注入到另一个VCSEL(D-VCSEL)所产生混沌光驱动两个互耦合垂直腔面发射激光器(MC-VCSELs)获取宽带宽、高复杂度的混沌同步方案.利用自旋反转模型(SFM),数值研究了一定光注入条件下,D-VCSEL注入MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度对系统输出混沌信号的带宽、复杂度及同步性能的影响.结果表明:通过合理选取D-VCSEL注入到MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度,可有效提高耦合系统输出混沌信号的带宽和复杂度,并可同时实现MC-VCSELs之间高质量的混沌同步,且该同步对自旋反转速率γs和有源介质双折射系数γp具有较高的容忍度.     

垂直外腔面发射激光器的模拟分析

垂直外腔面发射激光器芯片的生长工艺要求精确到nm量级,制作成本高,有必要用软件对设计好的VECSEL芯片进行仿真,实现优化.通过PICS3D软件对已经设计好的一个底发射的VECSEL芯片结构进行仿真,获得了量子阱有源区的带隙结构、材料增益曲线及子腔谐振谱线等特性.结果表明,InGaAs/GaAsP/AlGaAs材料体系...     

VCSEL阵列用半绝缘砷化镓单晶生长工艺研究

VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列是一种面发射的化合物半导体有源器件,已广泛应用于激光制导、激光测距等军事电子领域。为了减少发射单元之间的高频串扰,VCSEL阵列必须生长在高电阻率和低位错密度的砷化镓衬底上。通过采用VGF(垂直梯度冷凝法)生长7.62 cm砷化镓单晶,并选取合适的温度梯度(4℃/cm左右)和低位错籽晶,同时掺入一定剂量的高纯碳粉并选用适量的无水氧化硼作为液封剂,成功地研制出低位错密度的7.62 cm半绝缘砷化镓单晶材料。     

基于混沌光注入互耦合VCSELs获取高复杂度混沌同步信号的研究

提出了一种带光反馈的垂直腔面发射激光器(I-VCSEL)单向注入到另一个VCSEL(D-VCSEL)所产生混沌光驱动两个互耦合垂直腔面发射激光器(MC-VCSELs)获取宽带宽、高复杂度的混沌同步方案.利用自旋反转模型(SFM),数值研究了一定光注入条件下,D-VCSEL注入MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度对系统输出混沌信号的带宽、复杂度及同步性能的影响.结果表明:通过合理选取D-VCSEL注入到MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度,可有效提高耦合系统输出混沌信号的带宽和复杂度,并可同时实现MC-VCSELs之间高质量的混沌同步,且该同步对自旋反转速率γs和有源介质双折射系数γp具有较高的容忍度.     

GaN基垂直腔面发射激光器的研究进展

GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种具有垂直出光结构的新型半导体激光器,其发光波长可覆盖整个可见光波段.与边发射激光器相比,VCSEL具有单纵模工作、低阈值电流、圆形对称光斑、与光纤耦合效率高以及可以制备高密度二维阵列等优点,因此被认为是下一代半导体照明、微投影、全色显示、可见光通信等应用领域的理想光源.GaN基VCSEL发展至今已经取得长足的进展,距离实现产业化应用也越来越近.本文对照目前已经发展成熟的GaAs基VCSEL的发展状况,综述了GaN基VCSEL的应用领域、发展现状、技术路线,并着重介绍了绿光GaN基VCSEL所取得的一系列进展,最后简述了GaN基VCSEL所面临的技术挑战.     

一种高效安全的激光能量传输系统的设计仿真

激光是无线能量传输中的重要介质之一。该文提出了一种外腔反馈式激光能量传输系统,即在能量接收端安装部分反射镜,将激光部分反射回能量发射端,并对其进行了理论计算,给出了能量激光器输出功率的表达式,对能量激光器的阈值电流、输出功率等随前端面和外腔面反射率变化的情况进行了仿真。仿真结果表明:与传统激光能量传输方式相比,外腔反馈作用可有效地降低能量激光器的阈值电流,增大激光器输出功率,提高能量传输效率,且可根据瞄准度自动调整发射激光强度,提供一种更加安全高效的激光能量传输方法。能量发射激光器前端面的反射率越小,反馈作用对于激光器输出功率的提升越明显。     

半导体光源产生无衍射Bessel光束的研究进展

通过对时间相干性、空间相干性产生无衍射光束的理论分析和实验对比研究,证实在产生无衍射光束的过程中,空间相干性比时间相干性发挥更大的作用.介绍绿光发光二极管(LED)、宽条形边发射半导体激光器和垂直腔面发射半导体激光器产生无衍射光束的国内外研究进展.对比分析表明:通过提高光源的空间相干性能够明显提高无衍射光束的质量.     

垂直腔表面发射半导体激光器的PSPICE模型

建立了一个垂直腔表面发射半导体激光器(VCSEL)的等效电路模型,该模型以半导体激光器的速率方程为基础,将速率方程表征为由线性电路元件组成的等效电路模型.并通过通用电路模型分析软件(如PSPICE)对与其相关的简单电子电路进行分析和计算,验证了该模型的适用性与准确性.     

主动锁模激光器的稳定性分析

主动锁模光纤激光器是未来远程超高速光纤通信系统的理想光发射源和光时钟源。主动锁模光纤激光器的腔长较长,当外界环境条件发生变化时,腔长容易受到机械震动及温度变化的影响而发生漂移。本文主要从长期不稳定性和短期不稳定性两方面分析了主动锁模光纤激光器的稳定性问题。介绍了弛豫振荡、超模噪声的解决方案。同时阐述了再生锁模技术控制腔长的方案,对主动锁模激光器的实验研究有一定的参考意义。     

MOCVD生长AlGaAs-GaAs DBR及其特性

本文报导了任意铝组分的AlGaAs材料的MOCVD外延生长和控制,解决了MOCVD生长高铝组分AIGaAs这一难题。国内首次运用MOCVD技术生长出高反射率的适合于垂直腔面发射激光器的AlGaAs-GaAs四分之一波长的分布布拉格反射镜(DBR)结构。用高分辨透射电镜观察得出,该DBR有良好的周期性、厚度均匀和界面平直。测得其反射率为94％,响应波长为820nm-868nm。