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GaAs基大功率半导体激光器的研究进展

         
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摘要

经半个多世纪的发展,半导体激光器的理论和实践都取得巨大成果。近年来,GaAs基大功率半导体激光器凭其优势,在众多领域得到广泛应用。但是GaAs基大功率半导体激光器仍面临着功率不足、发热量大及光束质量差的问题。光电性能差是限制其应用的关键问题,如何进一步提高激光器的光电性能是半导体激光器面临的挑战。输出功率、电光转换效率、光束质量、寿命和可靠性是衡量半导体激光器性能最重要的参数。电光转换效率直接影响器件的输出功率,转换效率低产生的热量更多,导致器件工作温度升高,使得器件的稳定性变差,严重影响器件的寿命和可靠性。近年来,随着GaAs基大功率半导体激光器外延生长技术的提高、器件结构设计的理论水平提高以及封装技术的提升,激光器的输出功率和电光转换效率均得到了大幅提高。从2007年到2017年,边发射激光器的单管输出功率已由14.7 W提高至33 W,而光抽运面发射器件在2018年单管输出功率高达72 W。2020年单管器件的电光转换效率已高达74.6%。随着高效冷却技术的发展,半导体激光器的寿命已达百万小时以上。本文主要介绍了GaAs基半导体激光器近年来的发展状况,综述了外延结构、输出功率、电光转换效率、光束质量、寿命和可靠性等方面的发展现状,探讨了影响输出功率的各种因素及目前的解决方法,展望了半导体激光器未来的发展趋势。

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