近期，度亙激光楊國文博士帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊在高功率半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域取得新進(jìn)展，實現(xiàn)了輸出功率和電光轉(zhuǎn)換效率的雙重突破。230μm條寬的915nm單管器件在48A/30℃/CW條件下，輸出功率高達(dá)48.5W，電光轉(zhuǎn)換效率（PCE）峰值高達(dá)72.6%，30W功率點的PCE大于67%，35W輸出時的PCE仍高達(dá)64.5%！

研究成果《48 W continuous-wave output from a high-efficiency single emitter laser diode at 915 nm》發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《Photonics Technology Letters》，并獲得評審專家高度認(rèn)可：“所取得的激光芯片的特性測試結(jié)果十分出色”、“研究結(jié)果令人印象深刻”、“建議最快速度發(fā)表”。

度亙激光Photonics Technology Letters發(fā)表的研究成果論文

01

應(yīng)用與背景

高功率9xx-nm半導(dǎo)體激光器（LDs）作為光纖激光器泵浦源及直接半導(dǎo)體激光器光源廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工領(lǐng)域。由于摻Y(jié)b光纖在915nm波段吸收帶較寬，特別適合大溫度范圍條件下工作，在降低激光系統(tǒng)溫控成本上具有優(yōu)勢，因此915nm半導(dǎo)體激光器是光纖激光器泵浦源的重要選擇。隨著工業(yè)加工領(lǐng)域的快速發(fā)展，對光纖激光器的功率提升的需求十分迫切。因此也對半導(dǎo)體激光芯片的性能、可靠性和穩(wěn)定性提出了更為嚴(yán)格的要求。提高9xx-nm半導(dǎo)體激光器的功率和效率具有重要的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)價值。

摻鐿(Yb)光纖的吸收譜

02

技術(shù)難點

1. 極高輸出光功率下的熱反轉(zhuǎn)（Thermal rollover）導(dǎo)致的功率受限問題；

2. 極高功率密度和電流密度工作條件下的腔面光學(xué)災(zāi)變損傷（COMD）問題；

3. 芯片要求同時具備低損耗、低電壓、高內(nèi)量子效率以及低發(fā)散角，但參數(shù)之間又有相互制約與矛盾的設(shè)計挑戰(zhàn)；

4. 低缺陷密度、低雜質(zhì)密度和高重復(fù)穩(wěn)定的高質(zhì)量外延材料生長的挑戰(zhàn)。

03

研究成果

針對高功率輸出的目標(biāo)，首先基于激光芯片特性參量進(jìn)行了模擬計算，分析了內(nèi)量子效率及內(nèi)部光損耗對斜率效率的影響，以及閾值電流和斜率效率對輸出功率的影響。結(jié)果表明實現(xiàn)高內(nèi)量子效率的同時，實現(xiàn)低的內(nèi)損耗是獲得高功率輸出的關(guān)鍵。通過新型結(jié)構(gòu)設(shè)計、高質(zhì)量外延生長以及精細(xì)化工藝制備，獲得了內(nèi)損耗低至0.31cm?1，內(nèi)量子效率高達(dá)96%的性能紀(jì)錄水平。在此基礎(chǔ)上，制備的230μm條寬單管器件在48A，30℃，CW條件下實現(xiàn)了高達(dá)48.5 W最高輸出功率！

30℃，CW條件下，10只單管半導(dǎo)體激光器的功率電流測試特性曲線

室溫25℃連續(xù)工作條件下芯片的測試結(jié)果表明，14A時最大電光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)72.6%！30W輸出的PCE大于67%，35W輸出時的PCE仍高達(dá)64.5%。基于以上技術(shù)提升，最新推出的230μm條寬的30W和35W單管產(chǎn)品已通過客戶驗證并開始批量生產(chǎn)。

25℃，CW條件下，功率、電壓和電光轉(zhuǎn)換效率隨電流變化曲線

55只器件長期可靠性測試曲線

04

形成的主要系列產(chǎn)品

在以上技術(shù)的研究成果基礎(chǔ)上，開發(fā)形成了880/915/945/975nm的系列單管產(chǎn)品。