大功率半导体激光器

《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。

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。

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。

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。

高功率半导体激光器的研发和应用一、引言高功率半导体激光器（HP-SLD）是一种新型的光源，不仅具有高能量、高功率、高光强，能够提供高质量的光束，而且具有良好的稳定性和可靠性，广泛应用于医学、测量、工业制造等领域。

本文主要介绍高功率半导体激光器的研发和应用。

二、高功率半导体激光器的研发1. 材料高功率半导体激光器的材料通常采用Ⅲ-Ⅴ族的半导体材料，如氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）和磷化铝镓（AlGaInP）等。

这些材料具有高晶格不匹配度、大面密度缺陷和高电阻率等特性，因此需要通过外延生长、薄膜制备、离子注入等技术来制备高质量材料。

2. 结构设计高功率半导体激光器的结构通常采用可调谐反射镜（DBR）、光栅耦合器（GRIN-SCH）、负折射区（RR负折射区）等设计，以实现高质量的光束输出和高效率的光电转换。

其中，DBR能够实现连续的波长调谐，GRIN-SCH能够实现高效的光电转换，RR负折射区则能够提高激光器的功率输出和稳定性。

3. 工艺制备高功率半导体激光器的工艺制备通常包括晶圆制备、薄膜生长、雕刻、注入等工艺过程。

其中，晶圆制备是整个工艺过程的关键，包括选择合适的基片、生长高质量的材料、控制材料的厚度和杂质浓度等。

此外，注入技术也是实现高功率激光器的重要手段，包括电注入、光注入等。

三、高功率半导体激光器的应用1. 医学高功率半导体激光器在医学领域的应用主要体现在激光手术、皮肤治疗、癌症治疗等方面。

其具有高质量的光束、准确的聚焦能力和高能量密度等特点，能够对人体组织进行精细的切割和燃烧作用，达到治疗的效果。

2. 工业制造高功率半导体激光器在工业制造领域的应用主要体现在材料加工、激光印刷、激光电视等方面。

其具有高速、高精度、高效率等特点，能够提高生产效率和产品质量，降低生产成本。

3. 测量在测量领域，高功率半导体激光器的应用主要体现在激光雷达、激光测距、激光扫描等方面。

其具有高效、高精度、高稳定性等特点，能够提高系统的精度和可靠性，适用于测量各种土地、建筑物、交通工具等。

大功率半导体激光器的寿命与可靠性研究随着科技的不断发展，大功率半导体激光器在许多领域中被广泛应用，如通信、激光加工、医疗等。

然而，无论在任何应用领域中，激光器的寿命和可靠性都是一个非常重要的研究方向。

本文将从大功率半导体激光器的寿命和可靠性两方面进行探讨。

一、大功率半导体激光器的寿命研究1.温度：温度是影响激光器寿命的重要因素之一、过高的温度会导致激光器内部的电流密度过大，使得半导体材料产生过多的载流子，从而增加激光器的老化速度。

2.电流：电流是激光器工作的重要参数，合理的驱动电流可以保证激光器的稳定性和寿命。

过大的电流会导致激光器产生过多的热量，从而影响激光器的寿命。

3.封装方式：封装方式是影响激光器寿命的重要因素之一、合理的封装方式可以有效降低激光器的工作温度和电流密度，从而延长激光器的寿命。

4.波长：不同的波长对激光器的寿命影响也是不同的。

一般来说，对于同一类型的激光器，较长波长的激光器寿命较长。

为了研究大功率半导体激光器的寿命，可以采用以下方法：1.寿命测试：通过长时间的连续工作来测试激光器的寿命。

在测试过程中，可以记录不同时间段的激光输出功率，通过对比分析来评估激光器的寿命情况。

2.温度测试：通过改变激光器的工作温度，来研究温度对激光器寿命的影响。

可以通过调整激光器的驱动电流来改变激光器的工作温度，进而分析激光器的寿命变化。

二、大功率半导体激光器的可靠性研究1.应力：激光器工作过程中产生的应力是影响激光器可靠性的重要因素之一、应力会导致激光器内部材料的变形和疲劳，从而影响激光器的性能和寿命。

2.防护措施：合理的防护措施可以有效保护激光器免受外界环境的干扰，从而提高激光器的可靠性。

例如，通过加装冷却装置来降低激光器的工作温度，或者对激光器进行防尘、防湿等处理。

3.设计结构：合理的激光器设计结构可以降低应力集中的情况，从而提高激光器的可靠性。

例如，采用微梁结构可以减少应力集中，提高激光器的可靠性。