带金刚石散热片的半导体碟片激光器在效率和功率标定上的局限性摘要.docx

本科生毕业设计(论文)参考文献译文本译文出处: A. J. Maclean, * R. B. Birch, P. W. Roth, A. J. Kemp, and D. Burns .Limits on efficiency and power scaling in semiconductor disk lasers with diamond heatspreaders. J. Opt. Soc. Am. B/ Vol. 26, No. 12/ December 2009 2016 年3月译文要求一、译文内容须与课题( 或专业内容) 联系, 并需在封面注明详细出处。二、出处格式为图书:作者. 书名. 版本(第× 版) . 译者. 出版地:出版者,出版年. 起页~止页期刊: 作者. 文章名称. 期刊名称, 年号, 卷号( 期号): 起页~ 止页三、译文不少于 5000 汉字(或 2 万印刷符)。四、翻译内容用五号宋体字编辑,采用 A4 号纸双面打印,封面与封底采用浅蓝色封面纸( 卡纸) 打印。要求内容明确, 语句通顺。五、译文及其相应参考文献一起装订,顺序依次为封面、译文、文献。六、翻译应在第七学期完成。译文评阅导师评语应根据学校“译文要求”, 对学生译文翻译的准确性、翻译数量以及译文的文字表述情况等做具体的评价后,再评分。评分: ___________________ ( 百分制) 指导教师( 签名): ___________________ 年月日 1 带金刚石散热片的半导体碟片激光器在效率和功率标定上的局限性半导体碟片激光器( SDL ) 是一种通用的激光光源, 它能提供高功率水平的输出功率和衍射受限光束。尽管一种基于衬底移除的热管理方法使在 1 微米的区域内输出数十瓦的功率成为可能, 利用腔内金刚石散热器的热管理已经实现了波长从红光到中红外的高功率性能水平。提出的模型表明这种二分法在方法上源于散热器能近似忽略内置于 SDL 的反射镜结构的热阻。带散热器的半导体碟片激光器在功率缩放上的限制被发现了: 散热器中非轴向热流被证明通过泵浦光斑半径限制了功率缩放。一个 1060 纳米 SDL 在 85 微米的泵浦光斑半径下实现了 7 瓦的最大输出功率。 1. 前言半导体碟片激光器( SDL ) ——或者说垂直外腔面发射激光器( VECSEL ) [1] ——是作为一种多波长高功率激光光源产生的,它既有光泵浦掺杂介质激光器[2] 的功能,还能设计半导体有源区域[3] 的工作波长。这个有源元件上生长的适当材料制成的基板上,有一个分布布拉格反射器( DBR )反射镜和由一系列如图 1-1 ( a) 所示的量子阱( QWs )所组成的增益区域。这些量子阱被吸收了大多数泵浦光的限制层锁吸收, 并被置于在装置顶面和 DBR 之间的微腔中形成的驻波场的波腹处。这个所谓的谐振周期增益( RPG ) [4] 的结构,确保了这个有量子阱的激光场的最佳重叠。这个结构用一个限制层来使载流子保持的有源区和覆盖层,并防止表面氧化。如图 1-1 ( b) 所示,激光腔是用这个主动镜作为一个腔镜建立的;一个或更多反射镜被用来完成激光腔。半导体碟片激光器的碟片通常是用一个光纤耦合半导体激光器进行光泵浦的。这种架构的通用性可由图 2-1 来证明。这幅图展示了迄今为止报告的在各种不同波长, 使用不同材料系统的情况下的最大输出功率[5-21] 。最佳性能是在使用 InGaAs 器件时,大约为 1 微米,但功率水平性能从红光的 670 纳米[5] 到 微米[17] 都能实现。使用二次谐波生成还可以是这个范围扩展到可见光和紫外线[5] 。如图 2-1 所示, 不同的热管理方法适合不同的波长范围: 一种是适合在波长约为 1 微米的器件上进行衬底移除的方法, 一种是适合大多数其它波长的散热器方法。这种二分法的原因接下来将会探讨和解释。当装置在更高的泵浦功率下加热时,在 DBR 和由光学厚度的变化产生的表面红移之间会形成的微腔的谐振波长[ 示于图 1-1(c) 的顶部] 。量子阱增益的峰值也会随着温度红移,但比谐振特性会更加迅速[ 见图 1-1 ( c) 的底部折线]。输出波长主要有谐振决定; 所以, 当温度 2 在高泵浦功率下增加时, 工作波长将最终移向增益区间之外, 得到的增益将低于阈值, 激光熄灭;这被称作热翻转,它限制了半导体碟片激光器的输出功率。第二节简要介绍了用于管理在有源区域的温度升高的技巧; 第三节则是介绍了有限元建模。第四节详细展示了关于 1060 纳米半导体碟片激光器的功率缩放的实验工作,包括输出耦合,温度上升,模式匹配和泵浦光斑尺寸缩放对激光输出的影响。图1 -1 半导体碟片激光器概要:(a) 有源器件结构,(b) 腔型匹配,(c) 反射率和增益谱