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光抽运垂直外腔面发射激光器特性与研究进展

激光技术 2006年第4期30卷 351-354页

作者：张冠杰舒永春刘如彬舒强林耀望姚江宏王占国许京军南开大学弱光非线性光子学材料先进技术及制备教育部重点实验室天津300457

介绍了光抽运半导体垂直外腔面发射激光器的结构特点、设计原理及其性能优势,综合评述该领域的最新研究进展,并探讨该类型激光器的发展前景和技术发展方向。

关键词：光电子学垂直外腔面发射激光器光抽运分布布喇格反射镜超短脉冲

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腔内倍频垂直外腔面发射激光器的研究

腔内倍频垂直外腔面发射激光器的研究

作者：全恩臣重庆师范大学

学位级别：硕士

光泵浦垂直外腔面发射激光器既有固体激光器的优点，又有垂直腔面发射半导体激光器的优点。不仅可以输出高功率，还可以获得高光束质量的激光输出。然而又因为外腔式结构的存在，因此可以在腔内很方便的插入倍频晶体，实现腔内倍频，是... 详细信息

光泵浦垂直外腔面发射激光器既有固体激光器的优点，又有垂直腔面发射半导体激光器的优点。不仅可以输出高功率，还可以获得高光束质量的激光输出。然而又因为外腔式结构的存在，因此可以在腔内很方便的插入倍频晶体，实现腔内倍频，是一种新型实用的半导体激光光源。可以广泛应用于光时钟、光通信、激光显示、激光医疗、生化分析以及刑事侦探诸领域。虽然垂直外腔面发射激光器诞生仅有十几年的时间，但是国内外对其研究进展非常迅速。它不仅同时兼具垂直腔面半导体激光器和固体激光器的优点，还具有一些自身独特的优点。在微观上，芯片式结构非常简单，无pn结，没有电接触。芯片主要采用的是非掺杂的半导体材料生长而成，减小了自由载流子吸收所导致的光损耗。论文介绍了光泵浦垂直外腔面发射激光器的物理结构，分析了其出光的基本原理。介绍了外延片的生长特点，主要包括分布布拉格反射镜和应变多量子阱区两部分。结合矩阵知识理论推导了布拉格反射镜对不同波长的反射率，并模拟了不同膜层数与反射率之间的关系图;对应变多量子阱的能带结构、临界厚度和自发辐射谱作了分析;理论解释了激光器的输出功率、光斑与量子阱个数的关系。结合倍频效应阐述了二次谐波的产生，分析了倍频转换效率主要与有效非线性系数、相位匹配以及晶体的长度有关。从而结合实验选取相应的倍频晶体。具体设计的实验内容：包括对外延片的处理，键合了高导热率的碳化硅，并利用化学腐蚀的方法去除了基质层。同时还设计了温控水冷散热器，搭建了直型腔光泵浦垂直外腔面发射激光器，通过808nm的半导体激光器进行抽运，并在腔内光腰处插入了倍频晶体，从而获得了可见的蓝绿光。对输出的基频光和倍频光作了比较，计算了光-光转换效率，以及倍频转换效率。最后通过实验数据总结了激光输出功率高低的影响，以及对如何延缓热熄灭提高输出功率作了总结。

关键词：垂直外腔面发射激光器腔内倍频 LBO晶体相位匹配角热管理湿法腐蚀

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微透镜稳定微芯片垂直外腔面发射激光器

光机电信息 2008年第1期25卷 21-23页

作者：王贞福

金刚石微透镜既可以作为输出耦合器又可以充当热沉。垂直外腔面发射激光器（VECSEL）用途广泛，制作简单，波长范围广。光束质量好．不像边发射激光器那样需要光束整形。尽管VECSEL只是平一平谐振腔集成到半导体芯片上的单片结构．但是... 详细信息

金刚石微透镜既可以作为输出耦合器又可以充当热沉。垂直外腔面发射激光器（VECSEL）用途广泛，制作简单，波长范围广。光束质量好．不像边发射激光器那样需要光束整形。尽管VECSEL只是平一平谐振腔集成到半导体芯片上的单片结构．但是它有单独的外部输出耦合镜。由于VECSEL的外腔输出镜的光学特性允许把聚焦或波长选择加到谐振腔的设计中，所以它比垂直腔面发射激光器（VCSEL）用途更加广泛。

关键词：垂直外腔面发射激光器微透镜微芯片垂直腔面发射激光器稳定半导体芯片输出镜波长范围

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的倍频研究

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中国西部科技 2013年第3期12卷 4-6页

作者：王定举徐向涛张鹏戴特力梁一平重庆师范大学物理与电子工程学院重庆400047 重庆师范大学重庆市高校光学工程重点实验室重庆400047

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... 详细信息

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。

关键词：光泵浦垂直外腔面发射激光器倍频

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一种新型垂直外腔面发射半导体激光器

激光与红外 2003年第6期33卷 406-408页

作者：王勇刚马骁宇江李张志刚中国科学院半导体所光电子器件国家工程研究中心北京100083 北京工业大学激光工程学院北京100022

概述了近几年国外发展起来的一种新型半导体激光器光源:垂直外腔面发射激光器,详细介绍了它在光束质量方面的优点,研制方法以及工艺上的特点。

关键词：半导体激光器垂直外腔面发射激光器光束质量倍频锁模

高效率980 nm垂直外腔面发射半导体激光器研究

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高效率980 nm垂直外腔面发射半导体激光器研究

作者：宫玉祥中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器(Optically-pumped vertical external cavity surface emitting laser,VECSEL)同时拥有半导体激光器高转换效率和固体激光器易于横模控制的优势,可实现高功率的激光输出和近衍射极限的光束质量,并且... 详细信息

光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器(Optically-pumped vertical external cavity surface emitting laser,VECSEL)同时拥有半导体激光器高转换效率和固体激光器易于横模控制的优势,可实现高功率的激光输出和近衍射极限的光束质量,并且具有灵活的外腔结构,在腔内加入光学元件可以实现倍频、锁模、波长调谐等多种功能;得益于半导体材料能带工程技术极为丰富的波长覆盖范围,VECSEL可实现输出从可见光到红外波段的激光,因而近年来VECSEL获得广泛关注,并成为半导体激光器的一个热点研究方向。VECSEL可获得远高于一般垂直腔面发射半导体激光器的输出功率,但是其转换效率却相对较低。本论文主要围绕如何提高光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的转换效率这一关键科学问题,以980 nm VECSEL为例开展了高效率VECSEL原理研究和芯片设计、侧向激射原理和抑制研究和高效率VECSEL制备和性能分析,研究内容如下:(1)光泵浦VECSEL原理研究和芯片设计系统地研究了光泵浦VECSEL增益芯片的工作原理,采用PICS3D软件模拟不同势阱组分和厚度对发光波长和增益的影响,完成对组分和厚度的优化并实现周期性增益结构。探究了反射镜反射率的分析方法,基于传输矩阵理论,对分布式布拉格反射镜(DBR)和双波带分布式布拉格反射镜(DBM)这两种反射镜的反射率进行了模拟。研究了外部输出耦合镜的曲率半径和外腔腔长对于增益芯片上光斑直径的影响。分析了VECSEL的主要热量来源以及常见的VECSEL热管理的方法,基于固体传热理论,模拟了去除衬底底发射结构和键合高导热率金刚石散热片两种结构的散热能力,研究了增益芯片的性能表现。(2)侧向激射现象的研究与抑制探究了侧向激射现象产生的原理,以及侧向激射现象对于VECSEL输出效率的影响。研究了目前国际上抑制侧向激射现象的几种方法,并首次提出了采用增益与腔模大失谐的侧向激射抑制方式,设计制备了30 nm的增益与腔模失谐的VECSEL增益芯片,通过控制温度调整失谐程度,通过在侧面测量工作温度0°C、10°C和20°C时侧向激射的输出强度,实验结果显示侧向激射输出强度降低,且0°C时比其他两个温度下抑制效果更加明显,得到了增益与腔模大失陪结构有利于抑制侧向激射现象的结论。(3)980nm高效率VECSEL制备和性能分析基于对侧向激射现象抑制的研究,优化增益芯片的设计,制备了底发射结构的980nm增益芯片。引入了25nm的增益与腔模的大失配,采用DBM反射镜增加对于泵浦光的吸收,并在键合高导热率金刚石减少热阻。搭建直型腔进行输出测试,激光器在-15°C时输出功率最高,当泵浦光功率为90 W时,输出功率达到了34 W。最大斜率效率为47.8%,光-光转换效率约47%。输出功率和效率在国内处于领先地位。此外还制备了1150nm阱内泵浦的高效率VECSEL,在-10°C下输出功率最高,为3.94 W,此时泵浦功率为27 W。最大斜率效率为46.6%,光-光转换为16%。

关键词：垂直外腔面发射激光器侧向激射高转换效率双波带反射镜光泵浦

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波长可调谐克尔锁模外腔面发射激光器

中国激光 2022年第21期49卷 62-68页

作者：曾盈莹沈晓红毛琳王涛朱仁江罗海军佟存柱汪丽杰宋晏蓉张鹏重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 北京工业大学应用数理学院北京100124 重庆师范大学重庆国家应用数学中心重庆401331

利用半导体增益介质中的非线性克尔效应,结合增益芯片上泵浦光斑形成的软光阑,在外腔面发射激光器中实现了重复频率为1.1 GHz、脉冲宽度为4.3 ps的连续自锁模。通过在谐振腔内插入不同厚度的双折射滤波片,实现了可连续调谐的激光波长输... 详细信息

利用半导体增益介质中的非线性克尔效应,结合增益芯片上泵浦光斑形成的软光阑,在外腔面发射激光器中实现了重复频率为1.1 GHz、脉冲宽度为4.3 ps的连续自锁模。通过在谐振腔内插入不同厚度的双折射滤波片,实现了可连续调谐的激光波长输出。当双折射滤波片的厚度为2 mm时,获得的波长调谐范围为30 nm,最大输出功率为129 mW,激光器可在964~979 nm波段内维持连续锁模状态,获得的锁模调谐波长范围为15 nm。本文还分析了外腔面发射激光器中启动克尔锁模的机理和条件,同时就双折射滤波片对锁模激光波长的调谐范围进行了讨论。

关键词：激光器垂直外腔面发射激光器克尔锁模双折射滤波片调谐

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OPS-VECSEL芯片的生长与光谱研究

半导体技术 2009年第10期34卷 998-1001页

作者：黄祖炎韦欣王青宋国峰中国科学院半导体研究所纳米光电子实验室北京100083 中国科学院研究生院北京100039

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)是一种新型激光器,在很多领域都具有广阔的应用前景。采用MOCVD生长了工作波长为980nm的VECSEL芯片,测量了芯片X射线衍射(XRD)图谱,光致发光(PL)谱和反射谱,结果表明,芯片生长的准确性较... 详细信息

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)是一种新型激光器,在很多领域都具有广阔的应用前景。采用MOCVD生长了工作波长为980nm的VECSEL芯片,测量了芯片X射线衍射(XRD)图谱,光致发光(PL)谱和反射谱,结果表明,芯片生长的准确性较高。同时采用物理光学的理论结合实际模型,运用矩阵分析方法计算了VECSEL的反射谱,计算结果与实验结果吻合良好。最后,通过对不同窗口层厚度的纵向增强因子的计算和分析得到了共振结构具有高的峰值增强,反共振结构具有大的增益带宽。在理论上提出,对于该OPS-VECSEL结构,采用共振和反共振结构之间的窗口厚度可以使其稳定工作在特定波长而又不严格限制增益带宽。

关键词：垂直外腔面发射激光器金属有机化合物气相淀积反射谱纵向增强因子