[發(fā)明專利]空心光束泵浦垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910067012.5
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101567520A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉華;王菲;劉向南;薄報學(xué);劉國軍;高欣;徐莉;曲軼;戚偉佳;翁永超;周煌
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/14;H01S3/0941;H01S5/04
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 馬守忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及空心光束泵浦垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)

光泵浦垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器具有良好的空間光強分布、大的輸出功率范圍、體積小、光束質(zhì)量好等突出優(yōu)點，使光泵浦垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器具有廣闊的應(yīng)用范圍。光泵浦垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器結(jié)合了半導(dǎo)體泵浦固體激光器和垂直外腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造方法，吸取了二者的優(yōu)點，既能輸出面發(fā)射激光器的優(yōu)質(zhì)基模高斯光束，又能獲得可與邊發(fā)射激光器相比擬的高功率。具有芯片結(jié)構(gòu)簡單，無PN結(jié)，無電接觸，極大地簡化了的生長過程，提高了可靠性；沒有電流注入，消除了附加電阻上相應(yīng)的熱效應(yīng)；芯片用非摻雜的半導(dǎo)體材料生長，減少了自由載流子吸收導(dǎo)致的光損耗，較低的對泵浦元件損傷性、較高的可靠性和大的輸出功率范圍等突出優(yōu)點，使得輸出功率穩(wěn)定性更高；從光泵浦激光器的諧振腔設(shè)計角度來看，它類似于半導(dǎo)體泵浦固體薄片激光器，降低了熱效應(yīng)，但波長上可以靈活設(shè)計；同時，泵浦的效率上亦可得到較大的改善，可有效地提高轉(zhuǎn)換效率和閾值功率，比半導(dǎo)體泵浦固體薄片激光器的設(shè)計更加靈活。

散熱問題是光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器向高功率拓展的瓶頸，同時也是影響光-光轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵問題。引起面發(fā)射半導(dǎo)體芯片增益降低的主要因素有兩個：一是溫升導(dǎo)致的單個量子阱的峰值增益降低；二是熱效應(yīng)使激光場的波腹與量子阱的位置錯開，從而致使吸收效率降低，耦合強度減弱。面發(fā)射半導(dǎo)體芯片的熱效應(yīng)影響著器件的正常工作，對光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器有效的熱管理是提高其輸出激光功率、效率和改善光束質(zhì)量的關(guān)鍵問題之一。

隨著泵浦光功率的加大，熱效應(yīng)問題也變得愈來愈嚴重，克服熱效應(yīng)，獲得良好的輸出激光特性已經(jīng)成為研究的熱點。研究人員先后報道了如下幾種通過改善其熱特性的方法來提高激光輸出特性，如通過減薄面發(fā)射半導(dǎo)體芯片襯底[Peter?Brick，Stephan?Lutgen，Tony?Albrecht，etal.High-efficiency?high-power?semiconductor?disclaser.Proc?of?SPIE.4993(2003)：50-56]、改善熱沉與芯片以及芯片出光面與高導(dǎo)熱的透明材料間的鍵合工藝[William?J?Alford，Thomas?D?Raymond，and?Andrew?AAllerman.Highpower?and?good?beam?quality?at?980?nm?from?a?vertical?external-cavity?surface-emitting?laser.J.Opt.Soc.Am.B.2002，19(4)：663-666]等方法來實現(xiàn)良好的散熱；通過采用雙反射帶型反射鏡[Ki-Sung?Kim，Jaeryung?Yoo，Gibum?Kim，et?al.Enhancement?of?Pumping?Efficiency?in?aVertical-External-Cavity?Surface-Emitting?Laser.IEEE?PHOTONICS?TECHNOLOGYLETTERS.2007，19(23)：1925-1927]和應(yīng)變補償量子阱結(jié)構(gòu)[Li?Fan，Jorg?Hader，MarcSchillgalies，etal.High-Power?Optically?Pumped?VECSEL?Using?a?Double-Well?Resonant?PeriodicGain?Structure.IEEE?Photonics?Technology?Letters.2005，17(9)：1764-1766]等降低熱效應(yīng)方法來改善激光器的輸出特性。上述改善面發(fā)射半導(dǎo)體芯片熱特性的方法在一定程度上緩解了熱效應(yīng)對輸出激光特性的影響，但距離實際應(yīng)用中對高功率、高效率和高光束質(zhì)量的追求還有一定的差距。

常規(guī)的光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器是基于普通高斯光束作為泵浦源，泵浦區(qū)和激射區(qū)相重疊，產(chǎn)生較大的熱效應(yīng)，在泵浦功率較大時，面發(fā)射半導(dǎo)體芯片的溫度升高將會使激光器的有效增益減小，輸出功率達到飽和，嚴重時將會出現(xiàn)熒光猝滅。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服光泵浦垂直外腔面發(fā)射激光器的泵浦區(qū)和激射區(qū)重疊，熱效應(yīng)嚴重問題，進而改善激光器的輸出特性，本發(fā)明提供了一種空心光束泵浦直外腔面發(fā)射激光器。