大功率半导体激光器
《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ppt课件
应用：
半导体激光器应用十分广泛，主要分布在军事、生产和医疗方面：
军事：Ⅰ)激光引信。半导体激光器是唯一能够用于弹上引信的激光器。 Ⅱ)激光制导。它使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。 Ⅲ)激光测距。主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域。 Ⅳ)激光雷达。高功率半导体激光器已用于激光雷达系统
目录
CONTENTS
1 基本介绍及发展 2 基本原理及构成
3 主要特性
4 分类、应用及发展前景
基本介绍及发展
高能态电子束>低能态电子束
高能态
低能
态
同频同相
的光发射
同频同相光 谐振腔内多次往返
放大
激光
激光：通过一定的激励方 式，实现非平衡载流子的 粒子数反转，使得高能态 电子束大于低能态电子束， 当处于粒子数反转状态的 大量电子与空穴复合时， 便产生激光。
激光具有很好的方向性和 单色性。用途十分广泛
高功率半导体激光器
① 、1962年9月16日，通用电气公司的罗伯特·霍尔 （Robert Hall） 带领的研究小组展示了砷化镓（GaAs）半导体的红外发射， 首个半 导体激光器的诞生。 ②、70年代，美国贝尔实验室研制出异质结半导体激光器，通过对光 场和载流限制，从而研制出可在室温下连续运转且寿命较长的激光器。 ③、80年代，随着技术提升，出现了量子陷和超晶格等新型半导体激 光器结构； 1983年，波长800nm的单个输出功率已超过100mW，到 了1989年，0.1mm条宽的则达到3.7W的连续输出，转换效率达39%。 ④、90年代在泵浦固体激光器技术推动下，高功率半导体激光器出现 突破进展。。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵 连续波输出功率达121W，转换效率为45%。
飞顿激光-Alma大功率半导体激光器
探秘大功率半导体激光器半导体激光器以其体积小,电光转换效率高,寿命长等优点在科研、工业、医疗等领域获得了广泛的应用，上世纪九十年代初，欧美等几大公司相继生产出可供商用的半导体激光器，使激光的实际应用价值发生了革命性的进步，在商用大功率半导体激光器的研制、生产制造、工艺技术等关键技术被欧美等几大公司所垄断。
由于其他种类的激光器产生激光的机理过于复杂，使其体积、重量特别大，功耗高等原因，大大限制了激光的应用。
而半导体激光器的出现使这些问题迎刃而解。
随着半导体激光器的技术进一步成熟，其应用领域不断扩大，前景十分广阔。
大功率半导体激光器芯片的制造技术世界上第一只半导体激光器自问世以来，经过几十年来的研究，其制作技术经历了由扩散法到液相外延法，气相外延法，分子束外延法,mocvd 方法(金属有机化合物汽相淀积)，化学束外延以及它们的各种结合型等多种工艺。
其激射阈值电流由几百mA 降到几十mA，直到亚mA，其寿命由几百到几万小时，乃至百万小时；从最初的低温(77k)下运转发展到在常温下连续工作，单个芯片输出功率由几毫瓦提高到数十瓦级，其生产工艺复杂、应用设备多，目前只有欧美等几大公司所掌握。
大功率半导体激光器封装技术大功率半导体激光器的光学特性、输出功率以及可靠性等都与器件的结构、工作温度密切相关。
要实现半导体激光器大功率输出，就必须采用特殊的封装技术将微小的半导体激光器芯片进行线阵列、叠阵组合，要保证激光器有较高的效率, 较好的光谱和较高的输出功率,对大功率半导体激光器的封装技术有更高的要求, 诸如热沉材料选择和结构优化、焊接、冷却及光束整形和光纤耦合等, 从而减小热阻, 降低串联电阻, 提高光谱质量。
它涉及到各种专用设备和工艺，生产条件等诸多因素，目前大功率半导体激光器件输出功率由几瓦提高到数千瓦级。
采用先进冷却技术目前大功率半导体激光器的电光转化效率20-50% , 即有的电功率将转化成热功率。
而半导体激光器的光学特性、输出功率以及可靠性等都与器件的工作温度密切相关。
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。
高功率14xxnm半导体激光器
（ 中国科学院半导体所 光 电子器件国家工程 中心 ，北京 １０ ８） ００３
摘
要： 高功 率 １ｘ ｎ 半 导体 激光器是 光 纤 Ｒ ｍａ 大器 的理想 泵浦 源，它能够提 供 ４ｘ ｍ ａ ｎ放
大功率 、宽 带输 出，而且 其动 态可调 谐，频率稳 定 性好，成本低 。本 文详细介 绍 了高 功
和 重点。
关键词 ： 功率 １ｘ ｎ 半导体 激光器； 掩埋 结构 ；脊形 波 导；锥 形增 益 高 ４ｘ ｍ 中图分 类号 ： Ｔ ２８ ｎ Ｓ ｒ ｉｅ ａ ｔ ｍ ｅｌ ａ ｅ ｓ ｇ ｗｅ ４ ｘ ｍ ｔａｎ ｄ Ｑｕ ｎ ｕ Ｗ ｌ Ｌ ｓ ｒ
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大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告
大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告1．前言近年来，高功率光纤激光器因其优良的性能日益受到人们的重视和青睐，被广泛地应用于工业加工、空间光通信、医疗和军事等各个方面，其迅速发展在很大程度上得益于大功率高亮度半导体激光器技术的进步，大功率半导体激光光纤耦合技术一直是高功率光纤激光器技术的一项关键核心技术。
相反地，半导体激光器泵浦的高功率光纤激光器（DPFL）的发展也带动了大功率半导体激光器技术，尤其是大功率半导体激光光纤耦合技术的进步。
由于单管半导体激光器（LD）的输出功率受限于数瓦量级，远不能满足高功率光纤激光器泵浦源的要求，要获得更大输出功率须采用具有多个发光单元的激光二极管阵列（LD Array）。
按照结构形式的不同，激光二极管阵列分为线阵列（LD Bar）和面阵列（LD Stack），分别如图1(a)和(b)所示，其中LD Bar的输出功率一般在数十瓦至百瓦量级，而LD Stack的输出功率一般在数百瓦乃至上千瓦。
无论是单管LD还是LD Array，由其固有结构特点决定了半导体激光器具有光束发散角较大，输出光束光斑不对称，亮度不高等问题，给作为高功率光纤激光器泵浦源的实际应用带来很大困难和不便。
一个较好的解决方法是将半导体激光耦合进光纤输出，这样既可以利用光纤的柔性传输，增加使用的灵活性，又可以从根本上改善半导体激光器的输出光束质量。
Fig.1 （a）LD Bar 和（b）LD Stack大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术作为一项高新技术，具有很高的技术含量，涉及半导体材料、纤维光学技术、微光学技术、微精细加工技术和耦合封装技术等关键单元技术。
目前为止，大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术主要采用两条技术路线：光纤束耦合法和微光学系统耦合法。
下面将主要以LD Bar 光纤耦合技术为例，就该两种方法进行详细阐述。
2．大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术2．1光纤束耦合法光纤束耦合法（又称光纤阵列耦合法）是早期使用的一种光纤耦合技术，具有结构简单明了、耦合效率高、各发光元的间隙不影响整体光束质量和成本低等优点。
凯普林光电1000W高功率半导体激光器说明书
1000W 高功率半导体激光器型号:BDL-CW1000凯普林光电1000W 高功率半导体激光器相对于传统的激光器，具有更高的光电转换效率，更低的功耗，结构紧凑、使用方便。
由于其柔性的激光输出方式，能够方便的与系统设备进行集成。
可应用于金属焊接、工业熔覆、淬火、材料处理、激光研究等。
凯普林光电拥有专业的激光应用工程师，竭诚为您提供激光系统解决方案。
特性低成本，免维护 有连续和调制脉冲两种模式优化加工质量 极佳的功率稳定性 光束质量好，适合精密加工 电光转化效率高 卓越的系统稳定性最大调制频率达5kHz简易的控制接口应用金属焊接 工业熔覆、淬火 材料处理 激光研究3D 打印表面热处理产品技术指标注意：回返光会影响高功率半导体激光器的性能和寿命，需要将输出激光偏离工作台面垂直方向8°-10°的条件下使用。
光学特性功率Power1000W波长范围Wavelength915nm/976nm输出光纤芯径Output Fiber Core Diameter330μm光缆长度Cable Length10m或定制or Customized输出连接器Beam Delivery QBH指导光Guide Beam红光/Red工作模式Operation Mode连续或调制/Continuous or Modulated偏振方向Polarization随机/Random输出功率稳定度（25℃）Power Stability＜±1.5%(2h)功率调节范围Power Adjustment Scope10%-100%调制频率Modulation Frequency5kHz机械尺寸及重量重量Weight＜26kg外形尺寸Outline Feature80mm*402mm*296mm电学特性电压Voltage单相(Single Phase),220±20V,AC,50/60Hz功耗Power Consumption3kW控制方式Control Interface RS232/AD控制水冷参数制冷量需求Mini.Water Cooling Capacity 2.5kW设置温度Temperature Settings25℃（激光模块,Laser Module），30℃（QBH）水管尺寸（外径）Cooling Tubes Size(External)φ12mm冷却水流量Cooling Water Flux>10L/minQBH冷却水流量QBH Cooling Water Flux 1.5~2.0L/min其他工作温度Working Temp10-40℃存储温度Storage Temp-10~+60℃工作湿度Relative Humidity<70%RH外形尺寸4028057.1516379.455729636033。
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。
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高功率半导体激光器及应用前景
众所周知，半导体激光器（又称激光二极管）以其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制以及与其他半导体器件集成的能力强等特点而成为信息技术的关键器件。
进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD 及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出优质量子阱以及应变量子阱材料。
于是，制作出的激光二极管（LD），其阈值电流显著下降，转换效率大幅度提高，输出功率成倍增长，使用寿命也明显加长。
用于信息技术领域的小功率LD发展极快。
例如用于光纤通信及光交换系统的分布反馈(DFB)和动态单模LD、窄线宽可调谐DFB-LD、用于光盘等信息处理技术领域的可见光波长(如波长为670nm、650nm、630nm的红光到蓝绿光)LD、量子阱面发射激光器以及超短脉冲LD等都得到实质性发展。
这些器件的发展特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐以及短波长化和光电单片集成化等。
1983年，波长800nm的单个LD输出功率已超过100mW，到了1989年，0.1mm条宽的LD则达到3.7W的连续输出，而1cm线阵LD已达到76W输出，转换效率达39%。
1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵LD 连续波输出功率达121W，转换效率为45%。
现在，输出功率为120W、1500W、3kW等诸多高功率LD均已面世。
高效率、高功率LD及其列阵的迅速发展也为全固化激光器，亦即半导体激光泵浦(LDP)的固体激光器的迅猛发展提供了强有力的条件。
近年来，为适应EDFA和EDFL等需要，波长980nm的大功率LD 也有很大发展。
最近配合光纤Bragg光栅作选频滤波，大幅度改善其输出稳定性，泵浦效率也得到有效提高。
其应用可分为如下几个方面：
（1）光通信光纤通讯领域是半导体激光器应用的最大市场。
1.3um和1.55um的InGaAsP/InP半导体激光器是通讯用半导体激光器光源；0.98um和
1.48um LD是掺铒光纤放大器的泵浦源，掺铒光纤放大器可用作光发射机的功率放大、线路放大、无再生中继、接收机的前置放大等。
（2）光信息存储红光半导体激光器，目前最大的应用是光信息的存取。
如用于CD、VCD、DVD读写光头、条形码扫描是目前最大的市场；蓝、绿光波段的半导体激光器，高容量信息存储，全彩色显示，对潜通信等。
（3）材料加工激光熔覆——对耐磨性及耐腐蚀性要求较高的金属零件进行表面热处理或局部熔覆，重要应用。
用于激光熔覆与表面热处理的半导体激光器，功率为1～6kW，光束质量为100～400mm•mrad，光斑大小为2×2mm^2。
用半导体激光器光束进行熔覆与表面热处理的优势为电光效率高、材料吸收率高、使用维护费用低、光斑形状为矩形、光强分布均匀等。
因此广泛应用于电力、石化、冶金、钢铁、机械等工业领域。
（4）泵浦光源半导体激光器泵浦固体激光器(DPSSL)是大功率半导体激光器应用最多的领域。
作为泵浦光源，半导体激光器有着其它光源不可取代的优越性。
（5）激光医疗及美容大功率半导体激光器在激光医疗中也具有很重要的应用，如激光手术刀、光能治疗、激光针灸、脱毛和除发。
（6）激光雷达激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。
具有极高的角分辨率、距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。
利用直接调制激光二极管技术的无扫描成像雷达具有极大地军事应用前景；另一个应用是激光制导，比如驾束制导。
大功率半导体激光器可作为发射光源直接用于激光驾束制导导弹。
经空间编码的激光光束直接指向目标，导弹的弹尾接收器接收激光束中的编码信号修正导弹的飞行轨迹直至击中目标。
最近几年高功率、高光束质量大功率半导体激光器相关领域方面也取得了长足的进步，但是在半导体激光器的核心部件—半导体激光芯片的研制和生产方面，一直受外延生长技术、腔面钝化技术以及器件制作工艺水平的限制，国产半导体激光器件的功率、寿命方面较之国外先进水平尚有较大差距。
随着LED、多节GaAs太阳能电池、红外热成像器等技术的不断应用和发展，化合物半导体器件的外延技术和封装技术将不断成熟，大大促进半导体激光器件的国产化，从
而推动半导体激光器这一高效、节能型激光器更广泛地运用于我国的工业、国防、科研等领域中。