半导体激光器设计

半导体激光器芯片工艺流程激光器是一种利用受激辐射产生的强相干光的器件，广泛应用于光通信、光存储、医疗器械等领域。

其中半导体激光器作为一种重要的激光器类型，具有体积小、功率高、效率高的优点，因此在现代科技中得到了广泛的应用。

本文将介绍半导体激光器芯片的工艺流程。

半导体激光器芯片的制作工艺主要包括以下几个步骤：晶片生长、芯片加工、电极制作、芯片划片、测试与封装。

首先是晶片生长。

晶片生长是制作半导体激光器的第一步，它决定了半导体激光器的材料质量和性能。

常用的晶片生长方法有金属有机化学气相沉积(Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)和有机金属气相沉积(Organometallic Vapor Phase Epitaxy, MOVPE)。

这两种方法都是通过将金属有机化合物和气体反应在基片表面，从而在其上生长凝聚态材料。

通常使用的半导体材料有GaAs、InP、GaN等。

接下来是芯片加工。

芯片加工是将晶片切割成具有特定结构的芯片，以实现所需的光学和电学性能。

首先，将生长好的晶片经过表面清洁和腐蚀处理，去除可能对加工产生影响的杂质和氧化物。

然后，采用光刻技术在芯片表面覆盖一层光刻胶，并通过紫外光照射，使光刻胶的部分区域变为溶解性不同于尚未照射的区域。

接着，使用化学腐蚀或物理蚀刻方法去除光刻胶未覆盖的部分，在芯片表面形成所需的光学结构，如激活层和波导。

最后，再次使用光刻技术制作电极的图案及排列，用于激光器的电性连接。

然后是电极制作。

电极制作是为了实现对激光器的电学控制，通过加上正负电极给予电流，激发有源材料进行受激辐射。

电极的制作通常采用金属薄膜沉积技术，如真空蒸镀或激光蚀刻。

首先，在芯片的上一层加上一层金属薄膜，通常是Ni、Au等材料。

然后，使用光刻技术将金属膜刻蚀成所需的形状，形成正负电极。

接下来，通过热处理将金属层与芯片材料结合在一起，以增强电极与半导体材料之间的接触和导电性能。

引言光纤传感器自20世纪70年代以来，以其具有的灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、安全可靠等特点取得了飞速的发展。

同时，这些特性也使它可以实现某些特殊条件下的测量工作，比起常规检测技术具有诸多优势，是传感技术发展的一个主导方向。

作为光纤传感器中关键的光学元件之一的光源，其稳定度直接影响着光纤传感器的准确度。

本文所涉及的光纤传感器采用的是半导体激光器光源，半导体激光器具有单色性好、方向性好、体积小、光功率利用率高等优点，但是，光功率输出受外界环境变化的影响较大。

因此，本文针对半导体激光光源的工作原理和特性，设计了一种简单可行的自动功率控制(APC)驱动电路，通过背向监测光电流形成反馈，实现恒功率控制。

并且，引入了慢启动电路，防止电源电压的干扰，使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击，延长了激光器的使用寿命。

经实验验证，该电路解决了激光器在使用中输出功率不稳定的问题，其稳定度优于0.5%，达到了较好的稳流效果。

1 光源的工作原理和特性目前，实际应用的光源有表面光发射二极管(LED)、激光二极管(LD)、超辐射二极管(SLD)、超荧光光源(SFS)等。

随着光纤传感技术的迅速发展，体积小、质量轻、功耗小、容易与光纤耦合的LD等半导体光源应用越来越广泛。

本文主要研究半导体LD的驱动设计。

1.1 LD发光机理分析LD的基本结构为：垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里-珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。

其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。

当半导体的PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式λ=hc/Eg， (1)式中 h为普朗克常数;c为光速;Eg为半导体的禁带宽度。

如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。

半导体激光器芯片工艺流程半导体激光器芯片是一种关键的光电子器件，广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。

它的制造过程需要经历多个复杂的工艺步骤，以确保芯片的性能和可靠性。

本文将详细介绍半导体激光器芯片的工艺流程。

首先，半导体激光器芯片的制造始于硅片的生长。

硅片是半导体器件的基板，具有良好的热导性和机械强度。

硅片的生长过程采用气相外延（MOCVD）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）等方法，通过在硅片上沉积多层材料来形成芯片的结构。

接下来，制造过程中的关键步骤是光刻。

光刻技术用于在芯片表面形成图案，以定义激光器的结构和电路。

首先，将光刻胶涂覆在硅片表面，然后使用光刻机将光刻胶曝光在紫外光下。

曝光后，通过化学溶解或物理刻蚀的方式去除未曝光的光刻胶，从而形成所需的图案。

在光刻步骤之后，进行离子注入。

离子注入是一种将离子注入芯片表面的方法，以改变材料的电学性质。

在半导体激光器芯片的制造过程中，离子注入用于形成PN结构和控制电流传输。

通过控制注入的离子种类和能量，可以实现对芯片电学性能的精确调控。

接下来是芯片的腐蚀和薄膜沉积。

腐蚀用于去除芯片表面的杂质和不需要的材料，以保证芯片结构的纯净性。

薄膜沉积则是在芯片表面沉积一层薄膜，以保护芯片结构和提高光学性能。

腐蚀和薄膜沉积通常采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等技术。

最后，进行芯片的封装和测试。

封装是将芯片连接到封装基座上，并通过金线或焊接等方法与外部电路连接。

封装的目的是保护芯片，提供电气连接和散热功能。

测试是在制造过程的最后阶段对芯片进行性能和可靠性测试，以确保其符合规格要求。

总结起来，半导体激光器芯片的制造过程包括硅片生长、光刻、离子注入、腐蚀和薄膜沉积、封装和测试等多个步骤。

每个步骤都需要精确的控制和高度的技术要求，以确保芯片的性能和可靠性。

随着技术的不断发展，半导体激光器芯片的工艺流程也在不断演进，以满足不断增长的市场需求和应用需求。

引言
半导体激光器( laser diode，LD) 以其体积小效率高易于集成可高速直接调制等优点，被广泛用于激光雷达激光测量激光照明激光制导激光打印以及高密度信息记录与读取等领域。

但是半导体激光器发射的激光光束具有在垂直和平行于结平面两个方向发散角不同光斑形状不规则( 如一般是椭圆型或长条型) 存在固有像散等缺点，这使得半导体激光3 维扫描成像雷达的测程测距精度大大受影响，为了适用于远距离空间激光测距，必须对半导体激光发散光束进行准直。

作者主要采用椭圆面柱透镜，对905nm 的半导体激光做准直整形处理，使得激光的发散角尽可能的小，接收物体表面的激光光斑尽可能的小，而且规则，从而达到提高测程和测距精度的目的。

1.理论分析及计算
采用OSARM 公司的型号为SPL LL90 _3 的半导体激光器查看使用说明书得到: SPL LL90_3 型号的半导体激光器在弧矢( 平行于结平面) 方向上的发散
角= 15°，在子午( 垂直于结平面) 方向上的发散角= 30°，整个激光器的峰值功率为70W半导体激光器有源区只有约0. 1 m ～0. 2 m 的厚度，可以近似看作沿慢轴方向的线光源根据半导体激光束两个方向的发散角不同的特点，采用两个互相垂直的柱透镜组分别对两个方向的光束进行准直，选用的两个柱面镜面型为椭圆面如图
1 所示，半导体激光器发出的子午光线先经过母线平行于激光束慢轴方向的柱透镜后变成准平行光束( 平行光束不可能实现) 由于第
2 个柱透镜M2对于子午光线的发散角无影响，可看作平板玻璃图2 显示弧矢光线经过第1 个透镜M1 时，光束会发生偏移，但不会影响光束的发散角，在经过第 2 个柱透镜时，弧矢光也同样得到准直，输出准平行光。

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窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验1. 引言1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状与进展1.3 本文研究目的与意义2. 窄脉冲半导体激光器驱动电路的原理2.1 窄脉冲半导体激光器的特性与应用2.2 半导体激光器的驱动原理及基本电路2.3 窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计要求3. 窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计3.1 驱动芯片的选型和参数确定3.2 电源电路的设计3.3 输出电路的设计3.4 控制电路的设计4. 窄脉冲半导体激光器驱动电路的仿真试验4.1 仿真环境及参数设置4.2 仿真结果分析4.3 实验结果验证5. 结论与展望5.1 研究结论5.2 改进与展望5.3 研究成果及其应用前景注：本题提供的是论文的提纲，提纲所提及的内容并不一定全面详实，具体内容需根据论文的实际需要进行拓展和补充。

1. 引言1.1 研究背景与意义半导体激光器是一种非常重要的光电器件，广泛应用于通讯、医疗、车载雷达等领域。

而窄脉冲半导体激光器则具有输出功率高、调制速度快、瞬时带宽宽等优点，在光通信领域尤其受到青睐。

然而，窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计非常复杂，因为它要求驱动电路的响应速度极快，同时需要精确控制输出波形的上升和下降时间、脉冲宽度和峰值电流等参数，以保证激光器输出的信号质量和稳定性。

因此，本文将针对窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计与仿真试验进行研究，旨在通过提高驱动电路的精度、响应速度和稳定性，实现高速、高品质、高可靠性的窄脉冲半导体激光器输出。

此外，论文的研究成果也可以为半导体激光器驱动技术的进一步发展提供重要的参考。

1.2 国内外研究现状与进展窄脉冲半导体激光器驱动电路的设计和优化是一个相当热门的研究领域，国内外的学者和工程师们已经开展了许多有意义的研究。

例如，在驱动芯片的选型方面，有人采用多级集成器件，以提高驱动芯片的响应速度和稳定性；还有人使用瞬态电压抑制器，以避免过压对芯片的损害。

高功率半导体激光器光束整形的设计和实现吴政南;谢江容;杨雁南【摘要】为了使线阵半导体激光器光束能更好应用于激光远程无线电力传输,设计了基于光楔-曲面镜-棱镜组的线阵半导体激光束整形系统,采用数值计算方法,取得了系统中各元件的参量及理论整形效果.在此基础上加工出实物元件,搭建整形系统.实验中测得整形后的激光光斑尺寸为9.9cm×9.6cm,能量均匀度为68.9％,系统能量传输效率为71.3％,光束质量可满足接收端的光电池对激光空间均匀性的要求.最后分析了仿真系统与实验系统间产生差异的原因.结果表明,该系统可同时实现激光束阵列快轴和慢轴方向的扩束与准直,并能够调节输出光斑的形状及光强均匀度,且采用光学元件数量较少.光电池组件是激光无线电力传输过程的关键元件,该设计对激光转换效率的研究有较重要的实用价值.%In order to make the laser beam of linear-array semiconductor laser be better used in laser remote wireless power transmission,a linear-array semiconductor laser beam shaping system based on the set of optical wedges,curved mirrors and prisms was designed.The parameters of components in the system and the theoretical shaping results were derived by numerical calculation.After then the realistic components were processed and the experimental shaping system was built.The experimental results were that the laser spot size after shaping was 9.9cm×9.6cm,energy uniformity was 68.9％,and energy transfer efficiency was 71.3％.The beam quality could meet the requirement of light cell at receiving end for laser space uniformity.The reason of the difference between the simulated and experimental system was analyzed.The results show that the system can simultaneously realizethe expanding and collimation of laser beam array along fast axis and slow axis.The system can also adjust the shape and the uniformity of outputlight spot with less optical components.Light cell components are the key processes of laser wireless power transmission.The study has great practical value for laser conversion efficiency.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)003【总页数】5页(P416-420)【关键词】光学设计;光束整形;线阵半导体激光器;光楔-棱镜-曲面镜组【作者】吴政南;谢江容;杨雁南【作者单位】南京航空航天大学应用物理系,南京 211100;南京航空航天大学应用物理系,南京 211100;南京航空航天大学应用物理系,南京 211100【正文语种】中文【中图分类】TN202基于激光为能量传送载体的激光无线电力传输技术是近十几年来发展起来的一项高新技术。