腔内倍频垂直外腔面发射激光器的研究

光泵浦垂直外腔面发射激光器既有固体激光器的优点，又有垂直腔面发射半导体激光器的优点。不仅可以输出高功率，还可以获得高光束质量的激光输出。然而又因为外腔式结构的存在，因此可以在腔内很方便的插入倍频晶体，实现腔内倍频，是一种新型实用的半导体激光光源。可以广泛应用于光时钟、光通信、激光显示、激光医疗、生化分析以及刑事侦探诸领域。 虽然垂直外腔面发射激光器诞生仅有十几年的时间，但是国内外对其研究进展非常迅速。它不仅同时兼具垂直腔面半导体激光器和固体激光器的优点，还具有一些自身独特的优点。在微观上，芯片式结构非常简单，无pn结，没有电接触。芯片主要采用的是非掺杂的半导体材料生长而成，减小了自由载流子吸收所导致的光损耗。 论文介绍了光泵浦垂直外腔面发射激光器的物理结构，分析了其出光的基本原理。介绍了外延片的生长特点，主要包括分布布拉格反射镜和应变多量子阱区两部分。结合矩阵知识理论推导了布拉格反射镜对不同波长的反射率，并模拟了不同膜层数与反射率之间的关系图；对应变多量子阱的能带结构、临界厚度和自发辐射谱作了分析；理论解释了激光器的输出功率、光斑与量子阱个数的关系。结合倍频效应阐述了二次谐波的产生，分析了倍频转换效率主要与有效非线性系数、相位匹配以及晶体的长度有关。从而结合实验选取相应的倍频晶体。 具体设计的实验内容：包括对外延片的处理，键合了高导热率的碳化硅，并利用化学腐蚀的方法去除了基质层。同时还设计了温控水冷散热器，搭建了直型腔光泵浦垂直外腔面发射激光器，通过808nm的半导体激光器进行抽运，并在腔内光腰处插入了倍频晶体，从而获得了可见的蓝绿光。对输出的基频光和倍频光作了比较，计算了光-光转换效率，以及倍频转换效率。最后通过实验数据总结了激光输出功率高低的影响，以及对如何延缓热熄灭提高输出功率作了总结。