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半导体激光器与光纤高效耦合特性的研究

大功率半导体激光器(LD, laser diode)因体积小、功耗低、转换效率高而且价格便宜等其他类型的激光器所无法比拟的优势,应用领域越来越宽广,对社会、经济、国防和百姓日常生活影响越来越大。伴随研究和生产水平的不断提高,相信它的应用领域会越来越宽广,发展前途无限光明。大功率LD的许多应用领域和应用场合都涉及到与光纤的耦合,比如光通信系统中的光源和光纤放大器的泵浦源,医疗方面的激光手术,材料加工方面的焊接和热处理等等。因此根据激光器的特性研制高效、实用、可靠和廉价的耦合系统一直是一个研究的热点。大功率LD与光纤耦合的效率不高是由于两者的模场形式差异大造成的。前者的模场是非中心对称的椭圆形,后者为圆形。因此,提高大功率LD与光纤的耦合效率可以从LD和光纤两方面进行研究。在LD方面,减小或增加有源区的厚度,都可以减小激射光束的纵横比,改善LD光束的对称性。有多种途径实现LD光束特性的改善,其中采用多有源区隧道结级联大光腔结构的半导  (本文共170页) 本文目录 | 阅读全文>>

中南大学
中南大学

同轴型半导体激光器封装的耦合模型与规律研究

摘要:研究了光通信领域同轴型半导体激光器封装中的光耦合技术,对同轴型半导体激光器与单模光纤的耦合模型与规律进行了理论与实验研究。针对多种多样的耦合方式,选取了球透镜、拉锥球透镜光纤与柱状楔形透镜光纤等几种耦合方式进行了建模并对耦合特性做了详细分析。在此基础上,研究了具有特殊光学特性的自聚焦光纤,设计了基于自聚焦光纤的耦合系统。论文的研究为同轴型半导体激光器封装实现高效耦合提供了理论与技术指导,论文主要内容有:(1)分析了半导体激光器光束特性,引入高斯光束传播理论,以此为基础,建立了球透镜耦合模型,研究了球透镜耦合的特性,包括激光光束、球透镜参数、空间位置误差等因素对耦合效率的影响,设计了实用化的同轴型器件,其耦合效率为20%左右,通过对器件的实验研究获得了实际耦合特性,对理论模型与实验结果做了比较与分析。(2)分析了拉锥球透镜光纤和柱状楔形透镜光纤与半导体激光器耦合的技术,建立了两者与半导体激光器耦合的模型。得到了这两种耦合方式...  (本文共77页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

外腔注入振荡改善半导体激光器模式特性的研究

本文对半导体激光器输出激光的模式特性、振荡特性以及外腔反馈注入半导体激光器改善其模式特性的技术开展了一系列的研究工作,建立了一套实用有效的外腔反馈注入振荡系统,并对两种不同类型的半导体激光器(半导体激光器列阵和宽接触条形半导体激光器)进行了实验研究和理论分析,成功获得了窄线宽单瓣近衍射极限的激光输出。文中提出了一个结构简单,输出稳定,腔内器件失调不灵敏的半导体激光器外腔反馈一次注入系统,并用光线传输矩阵对该外腔的特性进行了详细的理论分析。在半导体激光器列阵的外腔实验研究中,获得远场分布光瓣宽度(FWHM)为0.46°,相应于光束质量为1.12倍衍射极限的激光输出。在宽接触条形半导体激光器的外腔实验研究中,设计了一个新颖的外腔结构,即通过外腔使得注入激光在腔内多次往返放大,获得远场分布光瓣宽度(FWHM)为0.53°,相应于光束质量为1.3倍衍射极限,功率为320mW单瓣近衍射极限的激光输出。在前腔镜对增透膜的宽接触条形半导体激光...  (本文共124页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

半导体激光器光学膜技术研究

本论文主要围绕808nm 连续大功率半导体激光器,980nm 连续大功率垂直腔面发射激光器和1064nm 连续、准连续大功率激光列阵模块光学膜的研制展开的。光学膜技术是研制半导体激光器的关键技术之一,光学膜性能的好坏直接影响到半导体激光器的出光功率、功率效率、可靠性和稳定性等方面。对808nm 大功率半导体激光器的腔面膜进行了研究,研制出HfO2/SiO2材料系的前后腔面膜。在腔面膜和衬底之间引入一层Al2O3,首次解决了腔面膜附着力不好的问题。镀膜前后斜率效率由50.2%提高到90.4%,转换效率由22.2%提高到39.8%,最高输出功率为1.9W(条宽100nm,腔长为1μm)。最高输出功率和没镀膜的器件比提高了2.5-3 倍。损伤阈值对比实验结果表明这种膜系优于其它结构,说明这种方法具有实现808nm 腔面膜大批量生产的潜力。对1064nm 大功率半导体激光器的腔面膜进行了深入研究,并研制出连续输出1060nm 和准连续输...  (本文共90页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

脉冲半导体激光器高速三维成像激光雷达研究

论文系统研究了激光雷达的相关理论和关键技术,详细讨论了成像激光雷达的测距体制和成像方式,在此基础上提出了一种采用半导体激光器的高速三维成像激光雷达研究方案,全面分析了该方案的主要理论问题和关键技术问题,并成功研制出了实验室样机,利用样机进行了大量的系统实验。实验结果表明,所研制的成像激光雷达的主要性能指标与理论设计基本一致,具有成像速率高、图像分辨率高、测距精度高以及可同时获得高精度强度图像等优点。论文首先对激光雷达的相关理论进行了系统的总结和研究。根据朗伯余弦定律推导出激光雷达方程的一种便于使用的形式,根据统计信号检测理论提出了一种计算作用距离的有效方法。详细研究了APD探测器的输出噪声和信噪比。讨论了激光在大气中的传输特性,计算了波长为905nm的激光在大气近距离范围内的透射率。由朗伯余弦定律计算了目标对激光的散射特性,根据太阳光和满月月光在地面的照度分别计算了目标对太阳光和月光的散射特性,根据普朗克公式计算了目标自身的热辐...  (本文共162页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)
中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)

中红外半导体激光器的热特性分析

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体激光器在紫外、可见光、红外等波段均有重要应用,具有广阔的发展前景。然而激光器的性能,包括阈值电流、光谱特性、工作模式等,都极大受到温度的影响。此博士学位论文主要利用数值分析方法对2μm波段锑化物多量子阱激光器和中红外量子级联激光器的热特性进行了深入的分析。内容包括:1.在前人工作的基础上,对应用于半导体激光器的热特性分析的有限元计算方法进行了大量优化工作,成功地加快了分析的效率和精度,并且使器件模型、材料性质等参数更加接近实际情况,从而分析结果更加准确。2.采用Abeles近似和插值法计算了尚无实验数据的一些三元和四元系锑化物材料的热导率参数;在结构特殊的量子级联激光器有源区中首次引入界面热阻的概念并采用DMM(Diffuse Mismatch Model)近似估算了其热导率;利用Debye近似计算了有限元分析所需的各种材料的热容。3.采用有限元方法,基于实际器件重点分析了InGaAsSb/AlGaAsSb脊...  (本文共153页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

半导体激光器组件的传热特性与热电控制技术研究

作为一种新型的光源,半导体激光器(LD,Laser Diode)因具有转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制及与其它半导体器件集成的能力强等特点,已经越来越广泛地应用于通信、精密测量、材料加工、医疗和军事等领域,其工作稳定性和可靠性在应用系统中起着关键作用。伴随着LD的广泛应用,其热问题一直是人们关注的焦点之一。特别是近年来,LD多以组件的形式生产和封装,封装的趋势更是朝向轻薄短小,这造成器件的发热密度不断提升,从而对半导体激光器组件的传热特性与热控制技术研究提出了新的要求。为此,本文对半导体激光器组件的传热特性进行了理论分析,并针对目前半导体激光器组件热电控制技术在应用研究中存在的问题,进行了深入系统地研究。论文主要研究工作如下:1.作为研究半导体激光器组件传热特性与热控制的基础,对热电制冷器工作特性的研究有着重要意义。针对现有建模方法存在的问题,提出一种N级耦合热电制冷器的等效电路模型,该模型综合考虑了结构尺寸、非...  (本文共115页) 本文目录 | 阅读全文>>