倍频蓝光/绿光外腔面发射激光器研究

垂直外腔面发射激光器作为一种新型的半导体激光器,结合了固体薄片激光器和垂直腔面发射半导体激光器的优点,具有较高的输出功率和良好的光束质量。其灵活的外腔结构设计,可以在腔内放置非线性倍频晶体,对垂直外腔面发射激光器进行腔内倍频,实现激光波长的扩展。论文简述了垂直外腔面发射激光器的发展历史及研究意义,总结了垂直外腔面发射激光器的优点,并概括了倍频外腔面发射激光器的研究现状及应用。介绍了垂直外腔面发射激光器的基本结构,阐述了垂直外腔面发射激光器的工作原理及运行机制,并对比分析了两种不同量子阱结构的增益芯片。利用小信号模型,通过求解二次谐波的耦合波方程,阐述了二次谐波的产生原理,推导出倍频转换效率,并简要分析了影响倍频转换效率的因素。在此基础上,详细分析了倍频外腔面发射激光器的相关理论,对晶体的非线性特性进行了详细描述,综合考虑各因素对腔内倍频的影响,对倍频过程中晶体的选择做出了优化。结合垂直外腔面发射激光器热管理的基本理论,分析了热效应对垂直腔面发射激光器性能的影响。对液体毛细键合SiC热沉进行了实验研究,提出了增益芯片与SiC片表面清洁度对键合的影响,并在常温下成功将SiC片与增益芯片通过甲醇液体毛细键合在一起。在湿法腐蚀中,对比分析了酸性腐蚀和碱性腐蚀技术,最后采用碱性腐蚀和选择性腐蚀相结合,成功完成GaAs基质的去除。搭建了倍频蓝光垂直外腔面发射激光器的直腔和V腔结构,通过实验研究,获得了增益芯片特性。对倍频蓝光外腔面发射激光器的输出特性展开实验研究,获得966nm的基频光,半高全宽5nm。采用双曲线拟合法测得蓝光在x方向与y方向的M~2因子分别为1.04和1.01。当热沉温度为15.5℃时,对比分析了两种腔型结构的输出功率,指出了直腔倍频蓝光的缺点和V腔倍频蓝光的优点。当吸收泵浦功率为3.5W,热沉温度为13.5℃时,获得输出蓝光功率210mW,波长483nm,光谱线宽2.5nm。组建了紧凑小型化倍频绿光外腔面发射激光器,通过实验研究,获得了增益芯片相关特性。对倍频绿光外腔面发射激光器的输出特性展开实验研究,获得1096nm的基频光,半高全宽1nm。当热沉温度为12.5℃,泵浦功率为3.8W时,输出绿光功率135.5mW,激光波长548nm,光谱线宽0.5nm。