發(fā)布時(shí)間：2020-08-27 15:29

【摘要】：半導(dǎo)體激光器由于其具有輸出功率大、轉(zhuǎn)換效率高、可靠性好、使用壽命長、器件體積小、波長覆蓋范圍廣等優(yōu)勢,是一種被廣泛使用的激光光源。但是半導(dǎo)體激光器由于自身的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致器件發(fā)出的光在垂直方向和水平方向上存在差異,光束質(zhì)量相差懸殊,致使光束的束腰位置不重合,存在像散的現(xiàn)象。目前,提高器件的輸出功率并且保證器件的光束質(zhì)量,已經(jīng)成為半導(dǎo)體激光器行業(yè)的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。高輸出功率和高光束質(zhì)量通常是相互矛盾的,在大電流下,器件可以獲得較高的輸出功率;但是在大電流下,器件內(nèi)部載流子和電流分布不均勻的現(xiàn)象會(huì)加劇,引起器件內(nèi)部材料的折射率發(fā)生不均勻的變化,進(jìn)而導(dǎo)致器件的遠(yuǎn)場擴(kuò)散、發(fā)散角變大,嚴(yán)重影響輸出光束的質(zhì)量。因此,我們將非對稱光學(xué)波導(dǎo)和分區(qū)電極引入到常規(guī)半導(dǎo)體激光器中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在保證器件輸出功率的同時(shí),也改善了器件的光束質(zhì)量,同時(shí)也降低了側(cè)向遠(yuǎn)場發(fā)散角對于電流的依賴程度。本次研究中設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體激光器制作工藝較為簡單、生產(chǎn)成本也較低,非常適合大批量的生產(chǎn),同時(shí)也為高功率高光束質(zhì)量的紅光半導(dǎo)體激光器的設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。本論文主要對高功率高光束質(zhì)量的紅光半導(dǎo)體激光器的理論、設(shè)計(jì)、工藝制備及器件的性能等方面進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下:(1)利用材料的有效折射率近似的原理,求解了紅光半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的波導(dǎo)方程、載流子擴(kuò)散方程,獲得側(cè)向光場模式的表達(dá)式。然后對器件的基模和高階模的光場的分布進(jìn)行了對比和分析,總結(jié)高階模式激射的條件和原理,從而得到優(yōu)化側(cè)向光束質(zhì)量的方案。(2)為了提高器件的光束質(zhì)量,在垂直P-N結(jié)的方向采用大光腔結(jié)構(gòu);在波導(dǎo)層的尺寸上,P區(qū)整體較薄、N區(qū)較厚,這種非對稱的設(shè)計(jì)可以減少器件內(nèi)部對光場的吸收,從而減小損耗;在側(cè)向平行于P-N結(jié)的方向刻蝕脊型波導(dǎo),用來限制器件的光場。同時(shí)優(yōu)化干法刻蝕工藝,精確控制刻蝕的深度和角度,保證器件工藝流程的可靠性。(3)利用Lastip、comsol等軟件對器件外加電流、有源區(qū)的載流子和器件內(nèi)部的增益、溫度分布情況等進(jìn)行模擬,根據(jù)模擬結(jié)果和理論分析,提出了分區(qū)電極結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的加入大大提高了常規(guī)紅光半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量,器件的側(cè)向遠(yuǎn)場慢軸發(fā)散角均在10°以下,并且隨著電流的變化范圍也更小。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248.4

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本文編號：2806276