关于808nm VCSEL发表时间:2024-09-27 13:57 国外研究成果 808nmVCSEL难以实现高功率输出的重要原因是由于GaAs材料对808nm的强吸收。随着VCSEL的不断发展,808nm VCSEL的性能得到了极大的改善。 2004年德国U-L-M photonics 制备了808nm 阵列作为泵浦源,单管的出光口径为25um,输出功率是25mW,电光转换效率大于25%。 在研制980nm以及808nm波段的VCSEL阵列方面,美国的Princeton Optronics公司位于世界前列。 2009 年,该公司对高功率808nm VCSEL进行了深入的研究和样品开发,使用顶发射氧化限制结构制备了单管效率达到49%的样品。 因为GaAs对于808nm波段有强烈的吸收,该公司对顶发射工艺步骤进行了优化,在制备过程中,使用较复杂的衬底去除法,如图不但使工艺制备、材料生长的难度提高,同时使工艺成本增加且使成品率降低。 在室温条件下,器件直径为15μm的单管,阈值电流为0.98mA,斜率效率75.2%,串联电阻65.79。其电光转换效率在6mA时达到最大为49.2%,这也是当时808nmVCSEL最高的转换效率。 该公司实现了808nm VCSEL阵列在连续激射状态下,连.续输出功率为120W,如图所示为该阵列的特性曲线,器件的输出功率随单元数量和阵列面积的增加而增加,所需电流也越来越大,电源成为限制功率的主要因素。 在2011年,该公司提出了把器件进行串联的想法,这大大地降低了器件所需要的电流,从而获得了高输出功率,该公司将9个808nm阵列串联起来,以制造出3X3的阵列模块,如图是串联阵列的封装示意图和测试功率曲线,当电流为67A时,输出功率高达300W。 2013年,Princeton Optronics 公司使用两个1.2kW 808nm VCSEL泵浦模块泵浦Nd:YAG晶体棒得到946nm激光输出,再通过倍频得到473nm的蓝光输出,在125μs.的脉宽、300Hz 的调制频率下,得到准连续的输出功率为6.1W的946nm激光。 2010年长春理工大学郝永芹等人,为了改善VCSEL中载流子的聚集效应,使工作电流仅仅通过边缘环形区域很窄的通道注入到有源区,激光功率密度分布不均匀的现象,提出了一种新结构。 这种结构增大了器件的有效发光面积,并用这种新型结构成功研制出808nm高功率大孔径VCSEL。 在室温工作条件下,出光孔径为300um的器件输出激光功率P随注入电流变化的曲线和光谱图如图,从图中看出,当注入电流为1A时,输出功率能够达到0.3W,实现了较高的光功率输出。 2011年,长春光机所等人对808nm VCSEL的芯片结构进行了详细的设计,确定了量子阱的组分和宽度,以及渐变型DBR的对数和反射率,并给出了芯片结构 2013年,该团队研究了温度对808nmVCSEL阵列输出特性的影响,并使用变温塞耳迈耶尔方程对InGaAIAs量子阱VCSEL的温漂系数进行计算。 通过调整热沉的温度,测量了不同温度下的阈值电流、激射波长和光功率,测试结果如图所示,结果显示在温度达到50"C以上时,输出功率迅速降低,实验测得的温度漂移系数与理论计算吻合。 相比于边发射激光器,808nm面阵因具有较小的温漂,更适合用作YAG激光器的泵浦光源。 2014年,长春光机所张金胜等人为了实现808nm VCSEL的高功率输出,对DBR结构进行了优化设计,制备了非闭合环结构的2X2 VCSEL 阵列。 对VCSEL阵列的功率进行了测量,当脉冲宽度是20ns时,重复频率为100Hz,注入电流为110A,输出功率的最大峰值达到30W。 当脉冲宽度是60ns时,重复频率为100Hz, 注入电流为30A,最大功率达到9W。通过测量阵列的近场和远场,激光的水平和垂直发散角半高全宽分别为17.6°和16.9°。 通过对国内外有关808nm VCSEL对比分析可以看出,早在2009年,美国普林斯顿大学的公司就在连续激射状态下实现了输出功率为120W的808nmVCSEL阵列。 国内主要是长春理工大学和长春光机所进行了808nm VCSEL的相关研究,主要在优化单管大孔径器件和阵列器件单元的结构方面进行研究,阵列器件的研制水平与国外仍有较大差距。 其中最重要的因素就是808nmVCSEL的顶发射结构使其阵列器件的热问题更加严重,因此有必要对其热特性进行深入的研究,探求改善高功率808nmVCSEL阵列器件热特性的有效途径。 来源网络 |