高功率基横模980nm平板耦合光波导激光器的研制

High power fundamental-transverse mode 980nm semiconductor diode lasers have a wide range of applications in the field of fiber-optic communications, medical and military. However, the conventional ridge-type structure, buried structure and tapered laser structure are difficult to achieve high power output at the same time obtain better beam quality. The slab-coupled optical waveguide laser (SCOWL) can achieve high power fundamental transverse mode output beam quality, high fiber coupling efficiency, and have an important practical value. Present, this type of laser has some shortcomings such as low optical confinement factor and high threshold value. The researches in domestic about SCOWL have not yet been started. In this project, we are intended to more comprehensive theoretical and experimental preparation of the fundamental transverse mode of the high-power 980nm SCOWL. Specific material structure parameter design, mainly for wavelength 980nm laser through theoretical calculations and experimental preparation, research the slab coupled optical waveguide structure to achieve the fundamental transverse mode output and the parameters on the performance of the fundamental transverse mode laser its preparation process to prepare a 980nm fundamental transverse mode laser with good performance. This project provides an important theoretical and experimental development of the basis for the production and practical use of the slab coupled optical waveguide lasers.

高功率基横模980nm半导体激光器在光纤通信、医疗和军事等领域有着广泛的应用。传统的脊型结构、掩埋结构和锥型结构激光器很难在实现高功率输出的同时获得较好的光束质量。平板耦合光波导激光器能够在实现高功率的同时获得基横模输出，光束质量好，与光纤耦合效率高，有重要的实际应用价值。但是目前，这种激光器还存在着光限制因子小、阈值大等缺点。而国内关于平板耦合光波导激光器的研究还没有起步。本申请项目拟对高功率基横模980nm平板耦合光波导激光器进行较为全面的理论研究和实验制备。主要针对波长980nm激光器进行具体的材料结构参数设计，通过理论计算和实验制备，研究平板耦合光波导结构实现基横模输出的条件，以及平板耦合光波导结构中参数对基横模激光器性能的影响，对其制备工艺进行研究，制备性能良好的980nm基横模激光器。为平板耦合光波导激光器的制作和实用化提供重要的理论和实验研制基础。

大功率980nm半导体激光器广泛应用于材料加工、激光医疗以及泵浦固体激光器等领域。在这些应用中，不仅需要激光器具有高的出光功率，而且要有好的光束质量。为了既利用半导体激光器的优势，同时也获得较好的光束质量，研制高功率基横模半导体激光器是一种理想的方案。而平板耦合光波导结构能实现高功率基横模输出，具有很好的光束质量，是解决上述问题的一种最佳的选择。本项目主要针对平板耦合光波导激光器这一新型结构存在的问题和研究的不足，围绕980nm高功率基横模激光器的制备，对平板耦合光波导结构进行较为系统全面的理论研究，通过理论计算和实验制备，研究了平板耦合光波导结构实现基横模输出的条件，以及平板耦合光波导结构中参数对其基横模激光器性能的影响，并制备了性能良好的980nm基横模激光器。取得了以下成果：. 1．通过理论计算确定了平板耦合光波导激光器实现基横模输出的区域和基横模输出时脊型结构的具体参数；. 2．优化了平板耦合光波导激光器外延结构参数，当N型波导层厚度为3.9μm左右时，器件的远场垂直发散角接近最小值；当限制层厚度为1.5μm时器件的模式损耗最小；. 3．采用Lastip软件对理论计算所确定的基横模区域内不同结构器件的近场模式进行了模拟，模拟结果与理论计算非常吻合，验证了理论计算的准确性；. 4．研究了平板耦合光波导激光器中剩余N型波导层厚度t和台面宽度w对器件性能和光束质量的影响，得到t的最佳值为2.3μm，w的最佳值为5μm；. 5．制备了980nm基横模平板耦合光波导激光器，腔长1800μm时，器件的阈值电流为240mA，斜率效率为0.78W/A，当注入电流为900mA左右时得到的最大输出光功率为500mW，工作电压为1.8V，中心波长为971nm，光谱宽度为1.8nm；测试了基横模激光器的远场特性，当注入电流为0.5A时，其远场发散角为13.1°×11.3°。测量了基横模激光器的M2因子，我们获得的水平方向最小M2因子为2.17，垂直方向最小M2因子为2.55。