新一代高功率半导体激光器技术

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大功率半导体激光器热沉技术研究

大功率半导体激光器热沉技术研究作者：芦鹏，刘国军来源：《无线互联科技》2019年第23期摘要：文章选取AuSn过渡热沉替代原来的In焊料，克服了In焊料引起的器件寿命使用偏低、针对激光器结温影响大等缺点，并对过渡热沉的结构设计和焊接工艺做了进一步研究，设计出新型AuSn过渡热沉的焊装结构。

经过结温—漏电流测试可以得到更为优良的散热效果，外推寿命从6 134 h提高到20 363 h，提高了器件的可靠性。

关键词：大功率半导体激光器;AuSn;过渡热沉;结温现如今，大功率半导体激光器获得迅速发展，在各种占空比下，其峰值功率越来越高，连续工作时功率越来越大。

改善大功率半导体激光器的散热是提升半导体激光器大功率可靠性与寿命的关键因素之一，并一直是人们关注的焦点之一[1]。

激光器的工作寿命强烈依赖于激光器的工作温度及热阻。

在大功率半导体激光器的商业应用过程中，始终伴随着各种热阻的改善。

本文针对管芯焊接工艺中散热不良的问题，对原有的热沉结构进行改良，设计制备了新型AuSn材料作为过渡热沉结构。

1 半导体激光器芯片热沉技术芯片焊接是关系半导体激光器电阻特性与热特性的关键工艺，直接影响器件的可靠性和工作寿命。

半导体激光器的散热直接关系到制作半导体激光器性能的好坏和成败。

目前，半导体激光器最主要的散热方式是通过热沉散热。

随着半导体激光器功率的逐渐提高，处于长时间工作状态的激光器对于芯片与热沉之间的热膨胀系数匹配性、导热性、导电性等性能有了进一步要求，激光器芯片与热沉的粘结工艺成为热沉技术的关键。

采用激光器硬焊料成为将来的发展趋势，新型的AuSn（80%Au +20%Sn）焊料是目前大功率激光器应用的热点，而AuSn焊料作为过渡热沉，使用时的焊层结构是AuSn焊料研究中的难点[2]。

现在焊装大功率半导体激光器时采用金锡预成型片（过渡热沉片），预成型片能够确保焊料的精确用量和准确位置，以达到在最低成本情况下获得最佳质量[3]。

半导体激光器的工作原理及应用

半导体激光器的工作原理及应用摘要：半导体激光器产生激光的机理，即必须建立特定激光能态间的粒子数反转，并有合适的光学谐振腔。

由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。

从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。

关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；大功率半导体激光器The working principle of semiconductor lasers and applications ABSTRACT: The machanism of lasing by semiconductor laser,which requires set up specially designated reverse of beam of particles among energy stages,and appropriate optical syntonic coelenteronAs the specificity of structure from semiconductor and moving electrons.something interesting happens.On the one hand,the specific process in producing lase,on the other hand,the beam of light has unique advantages。

As the reasons above,we can easily found it all quartersof the society.From homojunction to heterojunction,from informatics to power,the advantages of laser are in evidence,the wide spectrum,the semiconductor open the epoch in the process of laser. Key worlds: stimulated radiation; optical field; homojunction; heterojunction; high-power semiconductor laser 0 前言半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD），是20世纪60年代发展起来的一种激光器。

《高功率980nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文

《高功率980 nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着科技的进步，高功率半导体激光器在科研、工业、医疗等领域的应用越来越广泛。

其中，980 nm波段的半导体激光器因其独特的光学特性和应用价值，受到了广泛的关注。

本文将重点研究高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。

二、外延结构设计1. 材料选择外延结构的设计首先需要选择合适的外延材料。

考虑到高功率、高效率及稳定性等要求，我们选择了一种高电子迁移率和高热导率的材料作为基底，以保证激光器的稳定运行。

此外，还通过选择适当的掺杂元素来提高内量子效率和减少电流散溢。

2. 结构分层设计针对高功率输出和良好光束质量的需求，我们将外延结构分为多层结构。

主要包括以下部分：基底层、反射镜层、多量子阱（MQW）结构层、欧姆接触层等。

其中，多量子阱结构层是关键部分，其设计直接影响到激光器的性能。

3. 特殊结构设计为了进一步提高激光器的性能，我们设计了一些特殊结构。

例如，采用渐变折射率层以减少光在传输过程中的损耗；在多量子阱结构中引入应力层以提高内量子效率；以及在欧姆接触层中优化电极设计以提高电流注入效率等。

三、性能研究1. 实验方法我们通过分子束外延技术（MBE）和金属有机气相沉积（MOCVD）等工艺进行外延生长，并利用光刻、干湿法刻蚀等工艺制备出激光器芯片。

然后通过测试其阈值电流、斜率效率、光束质量等参数来评估其性能。

2. 实验结果及分析实验结果显示，高功率980 nm半导体激光器具有良好的光束质量和低阈值电流等特点。

与传统的半导体激光器相比，其在光功率、效率和寿命等方面都有显著的优势。

同时，我们也观察到通过引入特殊结构的设计，激光器的性能得到了进一步的提升。

例如，渐变折射率层的设计显著降低了光在传输过程中的损耗；而优化电极设计则提高了电流注入效率，从而提高了激光器的输出功率。

四、结论本文研究了高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。

半导体激光器的原理及其应用PPT

可靠性
高功率半导体激光器的可靠性是关键问题之一，需要解决长时间运行下的热效应、光束质量变化和器件失效等问题。研究和发展高效散热技术、光束控制技术和寿命预测技术是提高可靠性的重要途径。
多波长与调谐技术
多波长
多波长半导体激光器在通信、光谱分析和传感等领域具有重要应用。实现多波长输出的关键在于利用增益耦合或波导耦合等技术，将不同波长的光场限制在相同的谐振腔内，以实现波长的稳定和可控。
跃迁过程
在半导体中，电子从价带跃迁到导带是通过吸收或释放光子的方式实现的。当电子从导带回到价带时，会释放出能量，这个能量以光子的形式辐射出来。
载流子输运与动态过程
载流子输运
在半导体中，电子和空穴的输运受到散射和扩散机制的影响。散射机制包括声学散射和光学散射等，扩散机制则是由浓度梯度引起的。
80%
表面处理
利用半导体激光器的热效应，对金属、塑料等材料表面进行硬化、熔融、刻蚀等处理，提高材料性能和外观质量。
生物医疗与科学仪器
医学诊断
半导体激光器在光谱分析、荧光检测等领域有广泛应用，可用于医学诊断和药物分析。
生物成像
利用半导体激光器的相干性和单色性，实现光学成像和干涉测量，在生物学、医学、物理学等领域有广泛应用。
详细描述
在光纤通信中，半导体激光器作为信号源，通过调制产生的光信号在光纤中传输，实现信息的快速、远距离传输。
应用优势
半导体激光器具有体积小、功耗低、调制速度快、可靠性高等优点，适用于大规模、高容量的光纤通信系统。
发展趋势
随着5G、物联网等技术的发展，光纤通信的需求不断增加，半导体激光器的性能和可靠性也在不断提升。
光谱分析
半导体激光器作为光源，可用于光谱分析技术，检测物质成分和结构，广泛应用于环境监测、化学分析等领域。

高能量半导体激光技术参数

高能量半导体激光技术参数
1、激光器分类：4类
2、产品类别：医疗器械分类目录09类（物理治疗器械）
3、适应症：设备适用于促进局部组织的血液循环（必需提供注册证证明）
4、光纤长度≥2m
5、工作方式：连续模式、脉冲模式
6、治疗激光波长：980nm±10nm,单波长最大连续输出功率215M功率调节范围，0-15W,步进0.1W
7、指示光波长：650nm÷20nm,指示光功率：V5mW,
指示光亮度可调节
8、输出方式：手持式手柄按钮开关操作
9、光斑直径：32mm-40mm
10、脉冲模式脉宽：Ims-999ms
11、脉冲模式频率：IHZ-500Hz
12、定时器：0-3600s
13、治疗导引：可播放教学视频，人体图谱（视频）屏幕：≥10∙1寸1080P
以上智能高清触控大屏，屏幕亮度可调整，中文显示和输入法
14、治疗方案：可储存针对患者的精准定制化治疗方案15、储存空间：患者库数据大于IOOOo个
16、激光防护眼镜：防护镜对激光输出波长的光密度
N4,可见光透射比N30%
17、端口：USB接口数据升级
18、重量：≤6KG净重
19、质保三年以上。

大功率半导体激光器的制作方法

大功率半导体激光器的制作方法大功率半导体激光器是一种能够发出高强度、高方向性、高单色性激光光束的光电子器件。

它的制造需要多个步骤和技术，下面将会详细介绍一下大功率半导体激光器的制造方法。

一、制造材料的准备1. 晶体生长：晶体是大功率半导体激光器中最关键的材料，因此要选用高纯度的物质来制备。

以GaAs为例，可以采用分子束外延法、金属有机化学气相沉积法（MOCVD）等方法来生长GaAs单晶。

2. 金属材料制备：制造半导体激光器需要使用到金属材料，需要选择纯度高、物理性质稳定的材料进行制备。

例如，我们通常用的电极是金属钨或铂金微线，需要通过热拔拉的方式来制备。

二、晶体制作1.切割晶片：将单晶加工成具有特定尺寸和形状的晶片，这些晶片将用来生长半导体激光管。

2.表面处理：表面处理技术可以帮助晶片提高表面粗糙度和清洁度，从而增加后续工艺的精度和效率，避免晶片表面存在物质导致其性能不良。

3.外延生长：通过晶体外延生长技术，可以在晶片表面生长一层与晶体结构相同、晶格常数相同的单晶膜。

外延膜由多个纳米级的层堆叠组成，每一层都有着精确的厚度和浓度，从而形成高质量的半导体晶膜。

三、半导体激光器管的制备1.清洗准备: 将晶片通过去除表面的杂质物质、氧化物和污染物质的清洗处理，保证晶片与基板之间的黏附质量，使其更加均匀和平整。

2. 蚀刻：通过蚀刻工艺将外延膜裁剪成具有特定形状、厚度和尺寸的样品。

3. 电极制作: 通过在样片上刻蚀出一定形状的电极，并利用金属电极连接器将电极与外部电路相连。

4.放电：将样片在一定的工艺条件下进行放电，以激发半导体材料中的多种的电子激发态并将它们转移到激光介质，从而实现激光的产生。

五、大功率半导体激光器的封装将激光器管和光学部件封装在一个设备中，通过控制电流、温度以及运行状态，实现激光的稳定和高效发射。

封装过程不仅要保证激光器的工作性能稳定，还要提高封装的可靠性和可重复性。

六、测试将大功率半导体激光器装入专门的测试系统中，对输出功率、波长、光束模式、谐振腔模式等进行测试。

半导体激光器最新进展

半导体激光器最新进展自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展。

近些年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。

半导体激光器变化：1.温度：低温下运转发展到室温下连续工作2.功率：由小功率型向高功率型转变3.输出功率：几mW提高到kW级4.结构: 从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱(单、多量子阱) 等270余种形式5.制作方法：从扩散法发展到液相外延(LPE) 、气相外延(VPE) 、分子束外延(MBE) 、金属有机化合物气相淀积(MOCVD) 、化学束外延(CBE) 以及它们的各种结合型等多种工艺。

从当今半导体激光器发展的方向来看,总的趋势是就波段而言,现在发展的重点依然放在980、1310、1550nm这三个光通信窗口光源的激光器,致力在解决其大功率,宽调制、窄谱宽,温敏性、稳定单模、实用化封装等问题,使其进入广泛应用的阶段,为光通信的普及应用提供稳定可靠的光源。

而可见光半导体激光器当前发展的重点仍然是第一、二代(波长分别在7800A和7000A附近),使其在激光视频声频唱片、激光印刷、信息存储等方面得到广泛的普及应用。

但从研制的角度来看,半导体激光器却是朝超长波长(>2um)和超短波长(<0.6um)的方向发展,即分别朝中远红外和紫外波段方向发展。

近年来国外在朝这两个方向的研究做了许多工作,但并非当前整个半导体激光器领域研制的重点，因而超长波长和超短波长半导体激光器离实用化还相差甚远,但却是研究的方向,这两个波段的激光器无疑将具有广阔的发展前景与潜在应用领域。

半导体激光器发展的另一趋势是集成化。

现已有激光器与场效应晶体管、探测器和其他电子器件单片集成的报导，随着集成光学的不断发展,这种趋势还将继续下去在半导体激光器的研制方面同国外比较,国内差距甚远。

当前仍停留在对980、1310和1550这三个光通信窗口光源的研制阶段,而对于可见光、超短波和超长波长激光器的研究迄今尚未起步。

高功率半导体激光器技术发展与研究

第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月高功率半导体激光器技术发展与研究刘国军，薄报学，曲轶，辛德胜，姜会林(长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林长春130022)摘要：高功率半导体激光器及阵列具有可用激光波长丰富、电光转换效率高、调制特性好等许多优点，特别是作为固体激光器和光纤激光器的高效率泵浦源而获得的全固态紧凑型激光器，持续受到极大的关注，得到快速发展。

近年来在高功率阵列半导体激光器模块化技术、超高效率、高效冷却技术、半导体激光器及阵列的光束质量优化、高效电源驱动技术等方面都取得了长足的进步，促进了其广泛应用。

将结合高功率半导体激光国家重点实验室的研究工作，概述近年来国内外半导体激光器技术的研究进展状况和发展趋势。

关键词：高功率；半导体激光器；阵列；效率中图分类号：TN248．4文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)．0004-03T T●l●1J●t=U2n D O W er Se nU C onnU C t or I aSe瑙L脚G uo-j髓，B O B∞妯e，Q U Y l，ⅪN D e-s heng，J L悄G H ui-l i n删硐伽l al l‘ey【丑b of碰gh Pow盯ScnIi c∞du咖La∞r’a瑚gch蚰U IIi V e巧i t y o f Sci en∞锄d1幻hn ol ogy'C h柚gch眦13∞22’C蚰埝)A bs衄I ct：Hi gh pow er∞I I l i conduct or l舔er s，舔m e m ost i dea l pum pi ng s ourc e f or al l-s oⅡd com pa ctl嬲er s s uch a s sol i d s ta_te l a se r aI l d助er l as er'have gai ned e V er r叩i d de V el opm ent due t0吐l e i r w avel engt t l t I l皿abm t y，l l i gh ef!f i ci ency卸d good m odul at i on pr o叫y．hl m c ent year s，gr eat progr ess has bee n ac l l i e V e di n l l i gh pow er s el Il i conduct or l懿er m odul ar t e chIl i que，supe r-l l i gh eff i ciency，em ci ent c oohng t ecl l I l0109y’l舔e r be锄咖nsf b衄at i on aI l d hi gh ef!f i c i enc y dri V i ng t echI l ique．7m s r eporc w i l l addres s t l le i nt em at i onal 锄d dom es t i c r es ear ch act i V i t i es i n l l i gh pow er s砌conduct or l a ser s t ecb皿ol ogy and fut Il陀pros pec t s，w i t t l ourow n r e se铷_c h a s bas i c r ef色r℃nce．K e y w or ds：H i gl l pow er；Sel ni c∞duc缸l姻l r；加r ay；E伍ci饥cyO引言半导体激光器(L D)及其阵列具有高效率、结构简单、体积小、质量轻、调制效率高等优点，在国防、工业、科研、民用领域都得到了广泛的应用。

大功率半导体激光合束进展

大功率半导体激光合束进展
近年来，大功率半导体激光合束技术得到了快速发展，已经成为激光
技术中的重要研究领域。

合束是将多个激光束汇聚在一起形成单一的激光
束的过程，可以提高激光的功率密度和光斑质量，并且可以广泛应用于医疗、材料加工和通信等领域。

另一种方法是使用自适应光学元件来实现大功率半导体激光合束。

自
适应光学元件是一种具有自动调节功能的光学元件，可以根据光场的波前
变化自动调节其形状和相位。

这种方法可以实现实时调节并提高激光束的
质量。

此外，还有一些新型的大功率半导体激光合束技术正在研究和发展中。

例如，研究人员正在研究基于相控阵的激光合束技术，通过控制相控阵中
的相位和幅度来实现合束效果。

这种方法可以实现高效的激光合束，并且
对光斑形状和分布可以进行自由调节。

总之，大功率半导体激光合束技术在近年来取得了很大的进展，新型
的合束技术的出现为激光技术的应用带来了新的机遇。

随着技术的不断发展，大功率半导体激光合束技术的性能将会进一步提高，应用领域也将会
更加广泛。

高功率半导体激光器过渡热沉封装技

文章编号：2095-6835（2023）01-0078-04高功率半导体激光器过渡热沉封装技术研究马德营，李萌，邱冬（山东省创新发展研究院，山东济南250101）摘要：近些年，在市场应用驱动下，半导体激光器的输出功率越来越高，器件产生的热量也在增加，同时封装结构要求也更加紧凑，这对半导体激光器的热管理提出了更高的要求。

当今，激光器的外延生长技术和芯片加工工艺已经成熟，封装技术的提升已经成为解决散热问题的关键，其中过渡热沉技术能有效降低激光器的热阻，提高可靠性，而且便于操作，已经是高功率半导体激光器封装的首要选择。

从过渡热沉散热原理、热应力、过渡热沉材料和焊料选择等方面对过渡热沉技术进行了研究，并对未来的研究热点进行了探讨。

关键词：激光器；过渡热沉；热阻；焊料中图分类号：TN248.4文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.01.0221研究背景半导体激光器具有体积小、质量轻、能耗小、易调制、可以批量化生产等众多优点，被广泛应用于工业加工、信息通信、医疗、生命科学和军事等领域。

虽然半导体激光器电光转换效率高，但在激光器芯片有源区内存在非辐射复合损耗和自由载流子的吸收，工作时会产生大量的热；同时，各层材料存在着电阻，也会产生焦耳热，这使得很大一部分电能转化为热能，再加上芯片材料的热导率低，热量不能快速传导出去，从而导致有源区温度升高，有源区材料禁带宽度变小，出现激射波长红移、效率降低、功率降低、阈值电流增大等一系列的问题，严重影响激光器的寿命和可靠性。

当前，随着技术不断更新进步，应用市场对激光器的输出功率提出了更高的要求，而输出功率的提高，伴随着的则是更多热量的产生，这对激光器的散热管理提出了更高的要求。

半导体激光器的散热问题一直是国内外研究热点。

提升激光器的散热能力，可以减少热量在有源区的积蓄，降低有源区的温度，提高效率，降低工作电流，减小波长，改善光斑输出等。

研究发现，激光器芯片对传导冷却半导体激光器的总散热贡献仅为8%[1]，因此，激光器的散热设计应更多地集中在封装上。

高功率半导体激光器芯片

高功率半导体激光器芯片
高功率半导体激光器芯片是一种新型的半导体器件，具有高功率、高效率、高精度等特点，可以在多种应用场景中使用，如激光打标、
微小图像制作等。

由于其工作原理是通过激发半导体磁晶体层中的电子来实现的，因此
也称为半导体激光器。

它在芯片上激发 P 型和 N 型半导体，并利用
电极建立电场，使肖特基场晶体管 (DFB) 结构受电场的作用而发出激
光光束，从而达到高功率激光的目的。

其特点在于它能够在压缩的尺寸空间中产生大量的激光功率，并
且其发光效率也相当高。

此外，该芯片还具有高可靠性、高性能、低
成本等优点。

事实上，高功率半导体激光器芯片也是众多激光行业的
必备设备，并被广泛应用于激光光盘、制作激光条码、激光雕刻、激
光打标、激光焊接、激光打印等领域中。

此外，由于其噪声水平低，空间分辨率高，对所有类型的样品都
具有较好的处理效果，因此可以在微小图像制作、生物医学成像等应
用场景中使用。

它还可以用于激光显示器照明应用，提供更大的可视
角度和亮度，可满足多种应用场景的需求。

总之，高功率半导体激光器芯片是一种新一代的军工高技术，具
有高功率、节能、可靠、可编程等特点，可以满足各种激光应用，是
激光行业的一大突破。

808nm高功率半导体激光巴条

808nm高功率半导体激光巴条：创新驱动的激光技术应用随着科技的不断发展，激光技术已经渗透到各个领域，为人们的生产和生活带来了前所未有的变革。

在众多激光技术中，808nm高功率半导体激光巴条以其独特的优势和应用前景，正逐渐受到业界的关注和重视。

一、808nm高功率半导体激光巴条简介808nm高功率半导体激光巴条是一种采用808nm波长的半导体激光器制造的激光巴条。

这种激光巴条具有高功率、高亮度、高可靠性等特点，被广泛应用于材料加工、医疗、科研等领域。

与传统的激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的光电转换效率、更长的使用寿命和更低的成本，成为了一种极具竞争力的激光技术。

二、808nm高功率半导体激光巴条的应用领域1．材料加工领域在材料加工领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于金属和非金属材料的切割、焊接、熔覆等加工过程。

与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的加工效率、更低的加工成本和更好的加工质量。

此外，由于其高功率和高亮度的特点，还可以实现大型工件的远程加工，从而降低了工件表面的热影响区和变形量。

这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在材料加工领域具有广泛的应用前景。

2．医疗领域在医疗领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于皮肤科、外科等领域，用于治疗血管瘤、雀斑、痤疮等皮肤疾病。

与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有无痛、无副作用、恢复快等优点。

此外，由于其高精度和高稳定性的特点，还可以实现精确的皮肤重塑和美容整形手术。

这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在医疗领域具有广泛的应用前景。

3．科研领域在科研领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于光谱分析、激光雷达、光学通信等领域。

与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的精度和稳定性，以及更长的使用寿命和更低的维护成本。

这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在科研领域具有广泛的应用前景。

808nm千瓦级高效大功率半导体激光光源

808nm千瓦级高效大功率半导体激光光源单肖楠;刘云;曹军胜【摘要】A kind of beam shaping technique was presented to improve the beam quality of a semiconductor laser and to achieve the beam splitting, translating, and rearranging by a parallel plate glass stack. The experiment uses a 20-layer 808 nm semiconductor laser array designed by ourselves with the output power of 60 W per bar, 19 light-emitting points of 1 μm× 135 μm each and 30％ filling factor to expand beam at a slow axis through a telescope system,and also uses a focusing lens to focus on both the slow axis and the fast one at the same time. Experiments show that the technique can achieve the 1 kW output power on the focal plane, focused spot of 1 mm × 1 mm and coupling efficiency of 90 ％,which basically satisfies the needs of laser cladding and welding.%提出了一种新型光束整形技术,该技术通过平行平板玻璃堆实现光束的分割、平移、重排,从而改善半导体激光的光束质量.该试验采用自主设计的中心波长为808 nm,连续输出功率为60W/bar,填充因子为30 %,具有19个发光点,每个发光点尺寸为1μm×135μm的20层半导体激光叠阵,通过望远镜系统对慢轴方向进行扩束后用一个聚焦镜同时对快慢轴聚焦,最终在焦平面上得到了1kW输出,且聚焦光斑达到1mm×1mm,耦合效率达到90%,基本满足激光熔覆和激光焊接的要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2011(019)002【总页数】5页(P452-456)【关键词】高功率激光器;半导体激光器;光束整形【作者】单肖楠;刘云;曹军胜【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】TN248.4千瓦级半导体激光系统在工业、军事、核能等领域都有广泛的应用。

《高功率980nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》范文

《高功率980 nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，高功率半导体激光器在科研、工业和日常生活等领域中得到了广泛应用。

980 nm波长的半导体激光器在光通信、激光打印、医疗及科研等方面具有重要意义。

外延结构作为半导体激光器的核心部分，其设计直接关系到激光器的性能。

因此，本篇论文将重点研究高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。

二、外延结构设计1. 材料选择高功率980 nm半导体激光器的外延结构主要采用InGaAsP 材料系统。

该材料系统具有优秀的电光性能和热稳定性，适合于高功率激光器的制备。

2. 结构层设计外延结构主要由以下部分组成：底层的n型层、中间的光波导层以及顶层的p型层。

在n型层和p型层之间，通过量子阱技术实现光子的产生和放大。

此外，为了满足高功率输出的需求，还需设计合理的热沉结构，以降低激光器在工作过程中的热效应。

3. 生长技术外延结构的生长主要采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术。

该技术具有生长速度快、结构质量高、操作灵活等优点，可实现精确控制材料成分和厚度，从而达到设计目标。

三、性能研究1. 光学性能经过实验验证，设计的高功率980 nm半导体激光器外延结构具有优异的光学性能。

其发射波长稳定在980 nm左右，具有较高的光功率输出和较低的阈值电流。

此外，该结构还具有较高的光束质量和较低的发散角。

2. 电学性能在电学性能方面，该外延结构表现出良好的电流传输特性。

其电阻率适中，使得激光器在工作过程中能够保持稳定的电流输出。

此外，其较低的串联电阻有助于提高激光器的能量转换效率。

3. 热学性能针对高功率激光器在工作过程中产生的热量问题，该外延结构通过优化热沉设计，有效降低了热效应对激光器性能的影响。

实验结果表明，该结构具有良好的热稳定性和较低的热阻抗，有利于提高激光器的长期稳定性和可靠性。

四、结论本论文研究了高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能。

大功率半导体激光器空间耦合技术

电子测置大功率半导体激光器空间耦合技术作者/刘小文、任浩、王伟，中国电子科技集团公司第十三研究所摘要：本文应用空间及偏振耦合技术，优化光束空间分布，研制成功大功率半导体激光器光纤耦合模块，实现输出功率234.6W ，耦合效率为60%，光纤芯径400|jm ，NA 为0.22。

关键词：光纤耦合；半导体激光器；空间耦合引言大功率半导体激光器光纤耦合模块，具有光电转换效率高、寿命长、体积小、功率密度高等优点[1]。

随着耦合效率及出纤功率不断提高，使其在医疗、材料加工、医药、航空航天、光纤激光器泵浦等方面有了更加广阔的应用前景。

然而，半导体激光器由于其结构特点，存在光束发散角较大，耦合效率偏低的问题，给实际应用带来很大困难[2]。

通过光束整形和空间合束是提高半导体光纤耦合模块输出功率的有效途径，国内外已有很多公司进行了相关研究。

目前德国Dilas 公司有相关产品面世，40〇nm 光纤可实现200W 功率输出。

本文根据理论设计，通过采用微光学透镜系统对光束进行准直整形、变换和合束，研制成功大功率半导体激光器光纤耦合模块，有效实现了大功率、高密度输出。

1•理论分析对于大功率半导体激光器光纤耦合模块，为得到最佳的耦合效率，不仅要考虑特征参量匹配的问题，即多模光纤芯径、数值孔径N A 与激光器的发光面积、发散角、输出功率等参量的匹配问题，还要考虑光纤端面、光学整形透镜、耦合透镜等封装工艺实现问题[3]。

通常大功率激光二极管线列阵有19或25个发光单元，发光周期一般为150/500n m 或200 /400|im ，如图1所示。

由于半导体激光器特殊的波导谐振腔结构，线列阵各发光单元的辐射远场光强的分布极不对称，光斑呈狭长的椭圆形，如图2所示。

光束在垂直于P N 结平面方向（快轴方向）的发散角FWHM 01通常为30°〜40°，远远大于其在平行于 P N 结平面方向（慢轴方向）的发散角FWHM 0 〃，0 〃通常为6。

大功率半导体激光器合束技术及应用研究

大功率半导体激光束组合技术及其应用研究1.本文概述随着现代技术的发展，大功率半导体激光器在工业加工、医疗、通信等领域显示出巨大的潜力。

单个半导体激光器的输出功率往往难以满足这些领域的需求。

为此，出现了激光束组合技术，该技术将多个激光器的输出组合以实现更高功率的激光输出。

本文主要对大功率半导体激光器的合束技术进行了深入的研究和探索，分析了各种合束技术的原理、特点和应用场景，并对这些技术的未来发展进行了展望。

通过本研究，旨在为大功率半导体激光器的应用提供理论支持和实践指导，促进相关领域的技术进步。

2.半导体激光器的基本理论半导体激光器作为一种重要的光电子器件，其基本理论主要基于固态物理和量子力学。

半导体材料中的电子在受到光和电等外部刺激时会从低能级转变为高能级，形成非平衡电荷载流子。

当这些非平衡载流子通过辐射重新组合并返回到较低的能级时，它们会释放光子，产生激光。

半导体激光器的核心结构包括PN结，其中P型和N型半导体通过扩散形成PN结。

在PN结中，电子和空穴复合并释放能量。

当这种能量以光的形式释放时，就会形成激光。

激光的产生需要三个基本条件：粒子数反转、增益大于损耗和谐振腔的反馈效应。

粒子反转是指在较高能级上的粒子比在较低能级上的多的现象，这是产生激光的先决条件。

大于损耗的增益确保了光在谐振腔中的连续放大。

谐振腔的反馈效应使光在腔内多次反射和放大，最终形成高强度的激光输出。

半导体激光器的波长取决于其活性材料的能带结构。

通过选择不同的半导体材料或调整其组成，可以实现不同波长的激光输出。

通过改变谐振腔的结构和尺寸，还可以控制激光器的波长和输出特性。

在实际应用中，半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、可靠性好的优点，已广泛应用于通信、工业加工、医疗等领域。

随着技术的进步，半导体激光器将在更多的领域发挥重要作用。

3.激光光束组合技术原理高功率半导体激光束组合技术是将多个激光器的输出组合成一个高功率激光输出的技术。

半导体激光阵列

半导体激光阵列半导体激光阵列近年来，随着半导体技术的飞速发展，半导体激光阵列作为新一代光电技术受到越来越多的关注和重视。

今天我们将从以下几个方面来探讨半导体激光阵列的相关知识。

一、什么是半导体激光阵列半导体激光阵列是一种由多个半导体激光器组成的集成光器件。

它将多个激光器集成在一起，形成一组类似于点阵的排列结构，每个激光器就像点阵中的一个像素点一样。

半导体激光阵列能够发射高功率、高效率的激光光束，可以广泛应用于激光雷达、光学通讯、医疗美容等领域。

二、半导体激光阵列的优势相较于传统的单个激光器，半导体激光阵列有以下优势：1.高功率输出能力半导体激光阵列由多个激光器组成，每个激光器都可以发射激光光束，通过集成在一起可以实现高功率输出，可以满足更多的光电应用需求。

2.功率稳定性优异由于半导体激光阵列由多个激光器组成，每个激光器的输出功率都非常均匀，可以实现稳定输出，从而可以更加精确、准确的进行激光加工和测量。

3.节约空间和成本半导体激光阵列采用集成化设计，可以将多个激光器集成在一起，从而大大减少了器件的体积和重量。

同时，制造成本也大大降低，为工业应用提供了更具竞争力的成本效益。

三、半导体激光阵列的应用领域半导体激光阵列由于其高功率、高效率、高稳定性等特点，被广泛应用于以下领域：1.光电通讯半导体激光阵列可以发射高功率、高效率的激光光束，可以在光纤通信系统中替代传统的氦氖激光器、二极管激光器，提供更高效、更稳定的信号传输。

2.激光加工半导体激光阵列可以用于工业加工领域，如激光打标、激光切割等。

由于其高功率、高效率的特点，可以大大提高加工效率和准确性。

3.医疗美容半导体激光阵列还可以用于医疗美容领域，如脱毛、皮肤美白等。

半导体激光阵列将光能转化为热能，可以准确作用于短暂的毛孔和色素细胞，达到美容效果。

四、半导体激光阵列的未来发展随着半导体激光技术的不断发展，半导体激光阵列也将在未来得到更广泛的应用。

例如，在自动驾驶、智能制造、环境监测等领域，半导体激光阵列都具有广阔的应用前景。

高功率半导体激光器光束整形的设计和实现

高功率半导体激光器光束整形的设计和实现吴政南;谢江容;杨雁南【摘要】为了使线阵半导体激光器光束能更好应用于激光远程无线电力传输,设计了基于光楔-曲面镜-棱镜组的线阵半导体激光束整形系统,采用数值计算方法,取得了系统中各元件的参量及理论整形效果.在此基础上加工出实物元件,搭建整形系统.实验中测得整形后的激光光斑尺寸为9.9cm×9.6cm,能量均匀度为68.9％,系统能量传输效率为71.3％,光束质量可满足接收端的光电池对激光空间均匀性的要求.最后分析了仿真系统与实验系统间产生差异的原因.结果表明,该系统可同时实现激光束阵列快轴和慢轴方向的扩束与准直,并能够调节输出光斑的形状及光强均匀度,且采用光学元件数量较少.光电池组件是激光无线电力传输过程的关键元件,该设计对激光转换效率的研究有较重要的实用价值.%In order to make the laser beam of linear-array semiconductor laser be better used in laser remote wireless power transmission,a linear-array semiconductor laser beam shaping system based on the set of optical wedges,curved mirrors and prisms was designed.The parameters of components in the system and the theoretical shaping results were derived by numerical calculation.After then the realistic components were processed and the experimental shaping system was built.The experimental results were that the laser spot size after shaping was 9.9cm×9.6cm,energy uniformity was 68.9％,and energy transfer efficiency was 71.3％.The beam quality could meet the requirement of light cell at receiving end for laser space uniformity.The reason of the difference between the simulated and experimental system was analyzed.The results show that the system can simultaneously realizethe expanding and collimation of laser beam array along fast axis and slow axis.The system can also adjust the shape and the uniformity of outputlight spot with less optical components.Light cell components are the key processes of laser wireless power transmission.The study has great practical value for laser conversion efficiency.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)003【总页数】5页(P416-420)【关键词】光学设计;光束整形;线阵半导体激光器;光楔-棱镜-曲面镜组【作者】吴政南;谢江容;杨雁南【作者单位】南京航空航天大学应用物理系,南京 211100;南京航空航天大学应用物理系,南京 211100;南京航空航天大学应用物理系,南京 211100【正文语种】中文【中图分类】TN202基于激光为能量传送载体的激光无线电力传输技术是近十几年来发展起来的一项高新技术。

《高功率980nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》

《高功率980 nm半导体激光器外延结构设计及其性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，高功率半导体激光器在科研、工业、医疗等领域的应用越来越广泛。

其中，980 nm波段的半导体激光器因其独特的光学特性和应用价值，受到了广泛关注。

本文将重点研究高功率980 nm半导体激光器的外延结构设计及其性能，为激光器的发展和应用提供理论支持。

二、外延结构设计1. 设计原理高功率980 nm半导体激光器的外延结构主要涉及量子阱结构、波导结构以及掺杂浓度等关键参数的设计。

设计原理主要基于半导体物理和光电子学原理，通过调整材料组分、掺杂浓度、层厚度等参数，实现激光器的最佳性能。

2. 结构设计高功率980 nm半导体激光器的外延结构主要由以下部分组成：(1) 衬底层：选用具有高导热性能的衬底材料，如硅、碳化硅等，以承受高功率激光器产生的热量。

(2) 波导层：采用多量子阱结构，通过优化量子阱的层数、阱宽和组分等参数，实现高效的电子-光子相互作用和较低的阈值电流。

(3) 包层和导波层：包层和导波层的材料选择及厚度设计对于控制光场分布、减少损耗和提高光提取效率具有重要意义。

通过优化包层和导波层的折射率差异，实现光束的有效限制和传输。

(4) 掺杂层：通过调整掺杂浓度和类型，实现激光器的p-n结形成和电流的注入。

掺杂层的设计对于激光器的电学性能和热学性能具有重要影响。

三、性能研究1. 光学性能通过对外延结构进行优化设计，高功率980 nm半导体激光器具有较高的内量子效率、低阈值电流和较大的光学增益。

同时，光束质量也得到了显著提升，光斑更加均匀，散角更小。

2. 电学性能激光器的电学性能主要表现在阈值电流、斜率效率、电压-电流特性等方面。

优化后的外延结构使得高功率980 nm半导体激光器具有较低的阈值电流和较高的斜率效率，有利于提高激光器的电光转换效率。

3. 热学性能高功率激光器在工作过程中会产生大量热量，因此热学性能对于激光器的稳定性和寿命具有重要影响。