1.引言 h~s h!W8  
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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(lái)，隨著半導(dǎo)體材料外延生長(zhǎng)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(dòng)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)。 x,UP7=6  
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2.大功率半導(dǎo)體激光器件最新進(jìn)展 %a|m[6+O  
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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(dòng)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。 S3ZIC\2  
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2.1.大功率半導(dǎo)體激光器件遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角控制 c|Fu6LF a  
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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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)光束嚴(yán)重不對(duì)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?yàn)槎嗄］敵觯�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)。 |'](zEwq  
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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(wèn)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(shí)用。2010年初，德國(guó)費(fèi)迪南德-伯恩研究所(Ferdinand-Braun-Institute)的P. Crump等通過(guò)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(shí)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(lái)的80o左右（95%能量范圍）降低到50o以下，大幅度降低了對(duì)快軸準(zhǔn)直鏡的數(shù)值孔徑要求。 $fG~;`T  
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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(dòng)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(zhǎng)腔長(zhǎng)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(huì)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(zhǎng)，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(lái)的10o～12o降低到7o左右；同年，德國(guó)Osram公司、美國(guó)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。 tf6 Zz[  
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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 g)nT]+&  
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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(gè)半導(dǎo)體激光單元器件而獲得的半導(dǎo)體激光器件，長(zhǎng)期以來(lái)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(zhǎng)技術(shù)及腔面鈍化技術(shù)的提高，現(xiàn)有CM Bar的腔長(zhǎng)由原來(lái)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(guó)光譜物理公司Hanxuan Li等制備的5 mm腔長(zhǎng)，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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)室最高CM Bar連續(xù)功率輸出水平。此外，德國(guó)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(jí)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(wèn)題。與此同時(shí)，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(guó)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(duì)稱化后光參數(shù)乘積可達(dá)5.9 mm?mrad，商用器件可長(zhǎng)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(duì)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(wèn)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(wèn)題以及微通道熱沉散熱壽命短的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。 Y7<
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