大功率基横模分布反馈激光器研究

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980nm波段的大功率半导体激光器作为固体激光器和光纤激光器的泵浦源有很重要的应用,但目前该类器件存在光束质量较差、谱宽较宽、波长稳定性较差的问题,影响了其泵浦效率和稳定性,限制了其进一步的发展。本论文针对此问题,致力于提升其光束质量、降低光谱谱宽、增强波长稳定性,对980nm波段的大功率分布反馈半导体激光器进行了研究,并取得了以下研究成果:  1.根据相关激光器理论和波导模式理论对激光器外延结构和脊形波导结构进行了设计和优化,采用GRIN-SCH波导结构和应变单量子阱有源区来降低阈值电流、提高转换效率,根据波导模式理论分析了器件实现基横模式输出所需的脊形结构条件,并分析了脊形结构深度与阈值电流的关系,对脊形波导参数进行了优化,确定了器件的外延结构和脊形波导结构。  2.根据分布反馈激光器的耦合波理论,分析了分布反馈光栅耦合强度κL与光栅位置、光栅深度、光栅填充因子、光栅覆盖层折射率的关系,以及器件阈值电流、斜率效率及边模抑制比随耦合强度的变化关系,对其功率性能和光谱质量进行综合考虑,得出合适的耦合强度,并进而根据耦合强度与光栅参数的关系确定了分布反馈光栅的参数条件。  3.创新地将纳米压印技术引入980nm分布反馈激光器的制备工艺,利用纳米压印和干法刻蚀技术制备周期为148nm的分布反馈光栅,并对干法刻蚀过程的气体配比条件进行了研究,分析了不同气体配比对光栅刻蚀形状及刻蚀速率的影响,并优化了刻蚀条件,成功制备出质量较好的内置光栅结构。  4.制备出980nm大功率低阈值的基横模激光器。器件的阈值电流小于10mA,在100mA时可得到76mW的光输出,斜率效率为0.86W/A,输出模式为基横模,最大基横模输出功率可达450mW以上,器件性能属于国内先进水平。  5.制备出980nm大功率宽条分布反馈激光器,器件条宽为90μm,腔长为2mm。阈值电流为130mA,斜率效率为0.7W/A,最大可输出高于1.2W的光功率,中心波长为976.6nm。器件在10℃到60℃的温度范围内可以保持很好的光谱质量,和普通980nmFP激光器相比,波长随电流的漂移系数由1.85nm/A降至0.19nm/A,波长随温度的漂移系数由0.32nm/K降至0.064nm/K,获得了很好的波长稳定性,器件性能达到国内领先水平。  6.制备出980nm大功率基横模分布反馈激光器。器件的阈值电流小于10mA,在100mA时可以得到67mW的光输出,斜率效率为0.71W/A,最大稳定单模输出功率达到130mW;中心波长为976.9nm,光谱谱宽小于0.1nm,边模抑制比达到40dB,并且得到了较好的波长稳定性,波长随温度的漂移系数为0.064nm/K,器件性能达到国内领先水平。
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