高功率面发射激光器的研究

光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器综合了可获得近衍射极限的TEM00模圆形光斑的垂直腔面发射半导体激光器和高功率激光二极管泵浦的固体激光器的优势。因外腔的存在，还可方便地实现高效率的激光倍频或者锁模运转，是一种新型实用的半导体激光光源，在光通讯、激光显示、激光医学和生物分析等许多领域中有着广泛的应用前景。 简述了半导体激光器的发展历史，介绍了一种新型的半导体激光器——光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器。与激光二极管泵浦的固体激光器和传统面发射激光器相对比，总结了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的特性，并概述了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的研究现状及应用。 详细分析了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器相关的基本理论。介绍了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的基本结构；使用传输矩阵法对布拉格反射镜的反射率和反射带宽的计算公式进行了理论推导，并模拟和分析了不同膜系对数、不同入射与出射介质时的反射率与反射带宽；对周期增益结构的光场分布及纵向限制因子做了理论推导；对量子阱应变理论、临界厚度、增益谱和自发辐射谱进行了理论介绍和分析计算；对光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的输出特性进行了理论计算和模拟分析，获得了垂直外腔面发射半导体激光器的最佳参数。 讨论了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器热管理的基本理论和技术，对980nm的外延片进行了热管理方面的实验研究。先对外延片进行焊接和液体毛细键合散热片实验，然后对外延片进行衬底的机械减薄和化学腐蚀处理实验，去除了外延片的衬底，获得了良好的出光表面。 对键合SiC热沉并进行了基质刻蚀的底发射外延片进行了实验研究。测量了外延片的DBR反射率谱和自发辐射谱等材料特性，并对测量的DBR反射率谱线与理论计算模拟的谱线进行比较和分析；测量了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的输出特性，包括激光光谱、光束质量和输出功率，并对其进行了详细的实验研究。根据实验结果和基本理论，对激光器的运行及热熄灭问题进行了总结。