【摘 要】
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高功率半导体激光器具备体积小、结构简单、寿命与可靠性高以及光电转换效率高等优点,广泛应用于军事、工业加工、激光器泵浦等领域。其中970 nm波长半导体激光器不仅可以作为光纤激光器泵浦,在医学上也有广泛的应用。普通的宽条形F-P腔高功率半导体激光器具有较高的输出功率,但谐振腔内多纵模的存在很大程度上造成光谱展宽。然而,宽线宽器件在高功率激光器泵浦中难以得到有效应用。因此,优化970 nm波长高功率半
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高功率半导体激光器具备体积小、结构简单、寿命与可靠性高以及光电转换效率高等优点,广泛应用于军事、工业加工、激光器泵浦等领域。其中970 nm波长半导体激光器不仅可以作为光纤激光器泵浦,在医学上也有广泛的应用。普通的宽条形F-P腔高功率半导体激光器具有较高的输出功率,但谐振腔内多纵模的存在很大程度上造成光谱展宽。然而,宽线宽器件在高功率激光器泵浦中难以得到有效应用。因此,优化970 nm波长高功率半导体激光器的光谱线宽,对提高光纤激光器的泵浦效率和预期寿命是十分有意义的。本文主要针对引入布拉格光栅结构方法,改善激光器光谱输出特性。本文围绕高功率窄线宽半导体激光器设计并制作了一种高功率窄线宽970 nm高阶分布布拉格反射半导体激光器（DBR-LD）,进行了外延结构、光栅结构设计、工艺优化、器件输出特性测试。开展的研究工作及取得的主要结果如下:（1）高功率半导体激光器的输出功率受到腔面灾变损伤（Catastrophic optical damage,COD）的制约。针对改善COD特性,对外延芯片的波导结构进行模拟设计,设计了一种非对称大光腔结构的外延结构,可以有效减小光学限制因子Г,增加腔面模场尺寸,进而降低光功率密度。（2）通过理论分析和模拟计算,设计了光栅长度为500μm,占空比75%,周期约10μm的73阶高阶光栅。（3）对半导体激光器制备工艺进行优化,设计并制备出反射率约95%的多层结构高反膜和反射率低于1%的单层结构减反膜。同时对Ar、O2及Ar和O2混合等离子体处理Ga As表面的实验工艺进行研究。结果表明,工作腔压、气体流量、和RF功率工艺参数对等离子体处理Ga As表面的损伤有着重要影响,并可通过工艺参数的优化得到有效抑制。（4）采用非对称大光腔波导激光器结构,制备出腔长2 mm,500μm条宽的高功率窄线宽970 nm高阶DBR半导体激光器。实现了器件的窄线宽及高功率输出,在室温1.2 A连续工作电流下线宽为173 pm,输出功率0.77 W,相比普通F-P激光器光谱宽度减小了近22倍。
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