我也来谈谈半导体激光器各方面发展

在快轴发散角节制方面，若何分身快轴发散角和电光服从的问题不停是该范畴研究热门，虽然多家研究机构相续得到快轴发散角仅为3o，乃至1o的器件，可是基于功率、光电服从及制备本钱斟酌，短时间内难以推行适用。2010年头，德国费迪南德-伯恩研究所(Ferdinand-Braun-Institute)的P. Crump等经由过程采纳大光腔、低限定因子的法子得到了30o快轴发散角（95%能量范畴），光电转换服从为55%，根本到达适用化器件尺度。而今朝商用高功率半导体激光器件的快轴发散角也由本来的80o左右（95%能量范畴）低落到50o 如下，大幅度低落了对快轴准直镜的数值孔径请求。　　作为半导体激光体系集成的根本单位，分歧布局与品种的半导体模块件的机能晋升直接鞭策了半导体激光器体系的成长，此中最为重要的是半导体激光器件输入光束发散角的低落和输入功率的不竭增长。1.大功率半导体激光器件远场发散角节制　　按照光束品质的界说，以激光光束的光参数乘积（BPP）作为光束品质的权衡目标，激光光束的远场发散角与BPP成反比，是以半导体激光器高功率输入前提下远场发散角节制直接决议器件的光束品质。从团体上看，半导体激光器波导布局致使其远场光束紧张不合错误称。快轴标的目的可以为是基模输入，光束品质好，但发散角大，快轴发散角的紧缩可有用低落快轴准直镜的孔径请求。慢轴标的目的为多模输入，光束品质差，该标的目的发散角的减小直接进步器件光束品质，是高光束半导体激光器研究范畴存眷的核心。　　在慢轴发散角节制方面，近来研究表白，除器件本身布局外，驱动电流密度与热效应配合影响半导体激光器慢轴发散角的巨细，即长腔长单位器件的慢轴发散角最易节制，而在阵列器件中，跟着添补因子的增大，发光单位之间热串扰的加重会致使慢轴发散角的增大。2009年，瑞士Bookham公司制备得到的5 妹妹腔长，9XX nm波段10 W商用器件，乐成将慢轴发散角（95%能量范畴）由本来的10o～12o 低落到7o左右；同年，德国Osram公司、制备阵列器件慢轴发散角（95%能量范畴）也达7o 程度。2.半导体激光尺度厘米阵列成长近况　　尺度厘米阵列是为了得到高功率输入而在慢轴标的目的标准为1 cm的衬底上横向并联集成多个半导体激光单位器件而得到的半导体激光器件，持久以来不停是大功率半导体激光器中最经常使用的高功率器件情势。陪伴着高品质、低缺点半导体质料内涵发展技能及腔面钝化技能的进步，现有CM Bar的腔长由本来的0.6～1.0 妹妹增大到2.0～5.0 妹妹，使得CM Bar输入功率大幅度进步。2008年头，Hanxuan Li等制备的5 妹妹腔长，添补因子为83%的半导体激光阵列，操纵双面微通道热沉冷却，在中间波长分别为808 nm，940 nm，980 nm处得到800 W/bar，1010W/bar，950 W/bar确当前实行室最高CM Bar连续功率输入程度。别的，德国的JENOPTIK公司、瑞士的Oclaro公司等多家半导体激光供给商也相续制备得到千瓦级半导体激光阵列，此中Oclaro公司的J. Müller等更是明白指出，在现有技能前提下制备得到1.5kW/bar阵列器件已不成问题。与此同时，具备高光束品质的低添补因子CM Bar的功率也不竭进步，表1为德国Limo公司得到具备分歧添补因子CM Bar的BPP比力, 由表1结果发明横向尺寸必定的半导体激光阵列器件，在发散角雷同的环境下，添补因子与BPP成反比，即添补因子越低，其光参数乘积越小，光束品质越好。今朝，9XX nm波段20% 添补因子CM Bar连续输入功率最高可达180 W/bar，快慢轴光束品质对称化后光参数乘积可达5.9 妹妹?mrad，商用器件可持久不乱事情在80W以上；2.5% 添补因子CM Bar连续输入功率可达50 W/bar，快慢轴光束品质对称化后光参数乘积可达2.1 妹妹?mrad，今朝这类器件还处于研发中，必要进一步进步其不乱的输入功率。但是，陪伴着CM Bar功率的不竭进步和高光束品质请求下添补因子渐渐减小，一系列新的问题也随之发生，特别是与之配套的低压大电流恒流电源的高本钱问题和微通道热沉散热寿命短的问题渐渐呈现。　　阐发浩繁超高功率CM Bar文献可以发明，大都功率测试均受制于电源最大电流的限定，而非CM Bar本身出射功率极限，而在工程应用中，数伏电压数百安电流的组合也会发生浩繁实际问题。另外一方面，超高功率CM Bar和具备高光束品质的低添补因子CM Bar所发生的高热流密度必需采纳微通道热沉散热，而现有水冷机微通道热沉的散热极限无疑同样成为了CM Bar功率及光束品质进一步进步的最大停滞。近期针对CM Bar散热问题开辟的双面微通道冷却技能对热阻的低落感化有限，就今朝看来缺少与CM Bar功率晋升相顺应的可延续成长性。别的，不可轻忽的是，微通道热沉相对较短的寿命不停是今朝大功率半导体激光器的寿命瓶颈。而其余新型高效散热技能如相变冷却、喷雾冷却和微热管技能因为其机能特色、本钱和布局兼容性问题在短时间内难以真正适用于CM Bar散热范畴。鉴于以上两方面的限定，近一两年来，各大研究机构及高功率半导体供给商其实不再一味寻求进步CM Bar的输入功率，而是渐渐将成长重点转移到具备大功率、高光束品质的半导体激光单位器件和短阵列器件研制范畴。3.大功率半导体激光单位器件成长近况　　与CM Bar比拟，半导体激光单位器件具备自力的电、热事情环境，防止了发光单位之间的热串扰，使其在寿命、光束品质方面与CM Bar比拟具备较着上风。别的单位器件驱动电流低、多个串连事情大幅度低落了对驱动电源的请求。同时单位器件的发烧量相对较低，可直接采纳传导热沉散热，防止了微通道热沉引入的寿命短的问题。并且自力的热事情环境使其可高功率密度事情，今朝单位器件的有源区光功率线密度可达200 mW/μm以上，同时具备较窄的光谱宽度，而CM Bar有源区光功率线密度仅为50~85 mW/μm左右。特别是自力的热、电事情环境大幅度低落了器件的生效概率，在高不乱性金锡焊料封装技能的支持下，商用高功率单位器件寿命均达10万小时以上，远高于CM Bar的寿命，有用低落了器件的使用本钱。基于上述长处，单位器件大有渐渐替换CM Bar成为高功率、高光束品质半导体激光支流器件的趋向。　　在此布景下，单位器件比年来获得了敏捷成长，特别在高功率光纤激光器对高亮度半导体激光光纤耦合抽运模块需要鞭策下，与105 μm/125 μm多模尾纤立室的，发光单位条宽为90～100 μm的单位器件在功率和光束品质方面均大幅度晋升。今朝，多个研究小组制备该布局9XX nm波段单位器件连续输入功率均达20~25 W/emitter 程度；同布局8XX nm波段器件连续输入功率也跨越了12W/emitter。而在商用器件方面，IPG公司、Oclaro公司、JDSU公司等多个大功率半导体激光器件供给商制备90~100 μm条宽9XX nm波段单位器件均能连续不乱事情在10W/emitter以上，多个单管分解可得到100 W以上的光纤耦合输入。http://www.goldlaser.cn虽然半导体激光单位器件功率进步很快，但单个器件输入功率较CM Bar仍有较大差距，为了满意分歧功率应用需要，一种新型大功率半导体激光器件—半导体激光短阵列得以呈现并敏捷成长。短阵列器件是在同一芯片衬底上集成数个单位器件而得到，它实际是CM Bar与单位器件在布局上的折中优化，驱动电流、寿命和腔面输入光功率密度、光谱宽度等目标均介于CM Bar和单位器件二者之间，分身了CM Bar与单位器件各自长处。一样是斟酌到高光束品质及与光纤激光器抽运源的需要，短阵列器件的成长重要会合在100 μm条宽的低添补因子器件方面。2009年，德国Osram与DILAS公司合作操纵包括5个100 μm条宽、4 妹妹腔长980 nm发光单位的短阵列器件( 添补因子10%) 得到连续输入功率大于80 W，光电转换服从高于60%，其外部发光单位功率16W/emitter，靠近了单位器件的光功率密度程度，值得一提的是该器件在寿命测试中显现出了雷同单位器件的寿命特征，当短阵列器件外部单个发光单位生效后，全部器件并未废弃而仅表现为功率降低。鉴于短阵列器件精良的功率及寿命特征，今朝正敏捷推行利用于高光束品质大功率半导体激光器及光纤耦合输入抽运模块中，今朝该类以100 μm发光单位为底子的9 XX nm波段商用器件可持久不乱在8 W/emitter，而808 nm器件也达5 W/emitter 程度。