1.引言 _bMs~%?~/  
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半導(dǎo)體激光器由于具有體積小、重量輕、效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，誕生伊始一直是激光領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療、通信等眾多領(lǐng)域。但是由于自身量子阱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的限制，半導(dǎo)體激光器的輸出光束質(zhì)量與固體激光器、CO2激光器等傳統(tǒng)激光器相比較差，阻礙了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。近年來，隨著半導(dǎo)體材料外延生長技術(shù)、半導(dǎo)體激光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、腔面鈍化技術(shù)、高穩(wěn)定性封裝技術(shù)、高效散熱技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是在直接半導(dǎo)體激光工業(yè)加工應(yīng)用以及大功率光纖激光器抽運(yùn)需求的推動下，具有大功率、高光束質(zhì)量的半導(dǎo)體激光器飛速發(fā)展，為獲得高質(zhì)量、高性能的直接半導(dǎo)體激光加工設(shè)備以及高性能大功率光纖激光抽運(yùn)源提供了光源基礎(chǔ)。 *2@q=R-1  
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2.大功率半導(dǎo)體激光器件最新進(jìn)展 H9jj**W ;$  
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作為半導(dǎo)體激光系統(tǒng)集成的基本單元，不同結(jié)構(gòu)與種類的半導(dǎo)體激光器件的性能提升直接推動了半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的發(fā)展，其中最為主要的是半導(dǎo)體激光器件輸出光束發(fā)散角的降低以及輸出功率的不斷增加。 has5"Bb  
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2.1.大功率半導(dǎo)體激光器件遠(yuǎn)場發(fā)散角控制 <w,aS;v6jp  
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根據(jù)光束質(zhì)量的定義，以激光光束的光參數(shù)乘積（BPP）作為光束質(zhì)量的衡量指標(biāo)，激光光束的遠(yuǎn)場發(fā)散角與BPP成正比，因此半導(dǎo)體激光器高功率輸出條件下遠(yuǎn)場發(fā)散角控制直接決定器件的光束質(zhì)量。從整體上看，半導(dǎo)體激光器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其遠(yuǎn)場光束嚴(yán)重不對稱。快軸方向可認(rèn)為是基模輸出，光束質(zhì)量好，但發(fā)散角大，快軸發(fā)散角的壓縮可有效降低快軸準(zhǔn)直鏡的孔徑要求。慢軸方向為多模輸出，光束質(zhì)量差，該方向發(fā)散角的減小直接提高器件光束質(zhì)量，是高光束半導(dǎo)體激光器研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。 C2`END;  
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在快軸發(fā)散角控制方面，如何兼顧快軸發(fā)散角和電光效率的問題一直是該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，盡管多家研究機(jī)構(gòu)相續(xù)獲得快軸發(fā)散角僅為3o，甚至1o的器件，但是基于功率、光電效率及制備成本考慮，短期內(nèi)難以推廣實用。2010年初，德國費(fèi)迪南德-伯恩研究所(Ferdinand-Braun-Institute)的P. Crump等通過采用大光腔、低限制因子的方法獲得了30o快軸發(fā)散角（95%能量范圍），光電轉(zhuǎn)換效率為55%，基本達(dá)到實用化器件標(biāo)準(zhǔn)。而目前商用高功率半導(dǎo)體激光器件的快軸發(fā)散角也由原來的80o左右（95%能量范圍）降低到50o以下，大幅度降低了對快軸準(zhǔn)直鏡的數(shù)值孔徑要求。 H-UMsT=g]  
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在慢軸發(fā)散角控制方面，最近研究表明，除器件自身結(jié)構(gòu)外，驅(qū)動電流密度與熱效應(yīng)共同影響半導(dǎo)體激光器慢軸發(fā)散角的大小，即長腔長單元器件的慢軸發(fā)散角最易控制，而在陣列器件中，隨著填充因子的增大，發(fā)光單元之間熱串?dāng)_的加劇會導(dǎo)致慢軸發(fā)散角的增大。2009年，瑞士Bookham公司制備獲得的5 mm腔長，9XX nm波段10 W商用器件，成功將慢軸發(fā)散角（95%能量范圍）由原來的10o～12o降低到7o左右；同年，德國Osram公司、美國相干公司制備陣列器件慢軸發(fā)散角（95%能量范圍）也達(dá)7o水平。 aMj3ov8p  
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2.2.半導(dǎo)體激光標(biāo)準(zhǔn)厘米陣列發(fā)展現(xiàn)狀 Y@.:U*  
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標(biāo)準(zhǔn)厘米陣列是為了獲得高功率輸出而在慢軸方向尺度為1 cm的襯底上橫向并聯(lián)集成多個半導(dǎo)體激光單元器件而獲得的半導(dǎo)體激光器件，長期以來一直是大功率半導(dǎo)體激光器中最常用的高功率器件形式。伴隨著高質(zhì)量、低缺陷半導(dǎo)體材料外延生長技術(shù)及腔面鈍化技術(shù)的提高，現(xiàn)有CM Bar的腔長由原來的0.6～1.0 mm增大到2.0～5.0mm，使得CM Bar輸出功率大幅度提高。2008年初，美國光譜物理公司Hanxuan Li等制備的5 mm腔長，填充因子為83%的半導(dǎo)體激光陣列，利用雙面微通道熱沉冷卻，在中心波長分別為808 nm，940 nm，980 nm處獲得800 W/bar，1010W/bar，950 W/bar的當(dāng)前實驗室最高CM Bar連續(xù)功率輸出水平。此外，德國的JENOPTIK公司、瑞士的Oclaro公司等多家半導(dǎo)體激光供應(yīng)商也相續(xù)制備獲得千瓦級半導(dǎo)體激光陣列，其中Oclaro公司的J. Müller等更是明確指出，在現(xiàn)有技術(shù)條件下制備獲得1.5kW/bar陣列器件已不成問題。與此同時，具有高光束質(zhì)量的低填充因子CM Bar的功率也不斷提高，表1為德國Limo公司獲得具有不同填充因子CM Bar的BPP比較, 由表1結(jié)果發(fā)現(xiàn)橫向尺寸一定的半導(dǎo)體激光陣列器件，在發(fā)散角相同的情況下，填充因子與BPP成正比，即填充因子越低，其光參數(shù)乘積越小，光束質(zhì)量越好。目前，9XX nm波段20%填充因子CM Bar連續(xù)輸出功率最高可達(dá)180 W/bar，快慢軸光束質(zhì)量對稱化后光參數(shù)乘積可達(dá)5.9 mm?mrad，商用器件可長期穩(wěn)定工作在80W以上；2.5%填充因子CM Bar連續(xù)輸出功率可達(dá)50 W/bar，快慢軸光束質(zhì)量對稱化后光參數(shù)乘積可達(dá)2.1mm?mrad，目前這種器件還處于研發(fā)中，需要進(jìn)一步提高其穩(wěn)定的輸出功率。然而，伴隨著CM Bar功率的不斷提高和高光束質(zhì)量要求下填充因子逐漸減小，一系列新的問題也隨之產(chǎn)生，特別是與之配套的低壓大電流恒流電源的高成本問題以及微通道熱沉散熱壽命短的問題逐漸顯現(xiàn)。 x3M`l|