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大面积高功率940 nm光子晶体面发射激光器
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作者 唐英翔 王超 +8 位作者 肖垚 张志成 罗晨 仲崇喜 张燕 赵武 李顺峰 王文鑫 王俊 《发光学报》 北大核心 2025年第4期713-720,共8页
光子晶体面发射激光器(PCSEL)可以利用带边谐振效应实现大面积相干振荡,是一种能实现高亮度单模激射的新型半导体激光器。这使得PCSEL在激光雷达与3D传感等领域具有很好的应用前景。本文设计了一种正方单晶格非对称锥形空气孔结构的PCS... 光子晶体面发射激光器(PCSEL)可以利用带边谐振效应实现大面积相干振荡,是一种能实现高亮度单模激射的新型半导体激光器。这使得PCSEL在激光雷达与3D传感等领域具有很好的应用前景。本文设计了一种正方单晶格非对称锥形空气孔结构的PCSEL,通过增加光子晶体占空比提高基模与高阶模之间的阈值差异,实现大模式面积下高功率单模激光输出。实验表明,研制的940 nm PCSEL在10μs脉冲泵浦下输出功率达到5.1 W,斜率效率达到0.43 W/A,其远场光斑呈现出1°发散角的单瓣分布,并具有80%偏振度的线偏振特性;进一步地,在5 ns脉冲条件下,其输出功率高达35 W。该器件的研发可为激光雷达系统提供良好的光源。 展开更多
关键词 光子晶体面发射半导体激光器 高功率 非对称锥形
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基于多尺度小波变换的光谱数据预处理算法
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作者 钱方 许永博 赵伟 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第4期794-802,共9页
光谱技术可以从大量原始信号中提取有用的特征信息,直接用来分析和识别被观测样品的物质成分,在生物医药、食品安全、军事侦察中具有极高的应用价值。由于预处理目的与效果不同,目前存在多种光谱预处理方法。针对目前光谱预处理方法使... 光谱技术可以从大量原始信号中提取有用的特征信息,直接用来分析和识别被观测样品的物质成分,在生物医药、食品安全、军事侦察中具有极高的应用价值。由于预处理目的与效果不同,目前存在多种光谱预处理方法。针对目前光谱预处理方法使用时存在的问题,本文提出了一种基于多尺度小波变换的光谱数据预处理方法,并利用仿真光谱和实测光谱对提出算法和设计软件的性能进行了测试。信噪比为0.5dB的仿真信号经本文算法处理后,信噪比可达8.978dB。仿真中加入5种不同类型的基线,包括线型、高斯型、多项式型、e指数型、sigmoidal函数型,使用本文算法进行基线估计,估计值的均方根误差RMSE分别为0.3759、0.2883、0.6631、0.3489、0.4520。使用共聚焦显微拉曼光谱仪测量了聚四氟乙烯光谱,并用本文算法进行了预处理。结果表明该算法具有良好的可操作性,能够有效去除噪声和校正基线,并完整保留谱峰信息,该算法为光谱数据预处理提供了新思路。 展开更多
关键词 光谱探测 光谱信号处理 小波变换 去噪声 基线校正
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脉冲激光辐照背照式CMOS图像传感器损伤机理研究
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作者 钱方 彭佳琦 许永博 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第2期256-265,共10页
CMOS图像传感器是当今应用最广泛的传感器之一,已应用在航空航天,医学成像,工业检测,军事侦察等领域。然而,CMOS图像传感器的激光干扰和损伤随之也成为国内外相关领域的研究热点。为了研究脉冲激光对背照式CMOS图像传感器的影响,本文选... CMOS图像传感器是当今应用最广泛的传感器之一,已应用在航空航天,医学成像,工业检测,军事侦察等领域。然而,CMOS图像传感器的激光干扰和损伤随之也成为国内外相关领域的研究热点。为了研究脉冲激光对背照式CMOS图像传感器的影响,本文选用Sony IMX178背照式CMOS图像传感器作为靶材,基于热传导方程,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对比计算了不同参数单脉冲激光辐照下CMOS图像传感器的温度分布。计算结果表明,传感器在532 nm(1 ns)、1064 nm(1 ns)、532 nm(30 ps)、1064 nm(30 ps)单脉冲激光作用下的点损伤阈值分别为61.12 mJ/cm^(2)、75.76 mJ/cm^(2)、31.83 mJ/cm^(2)、37.43 mJ/cm^(2)。同步开展了背照式CMOS图像传感器的激光辐照效应实验研究。结果表明:相比于1064 nm脉冲激光,532 nm脉冲激光作用下的图像传感器损伤阈值更低;相比于纳秒脉冲激光,皮秒脉冲激光有更高的峰值功率,更容易造成点损伤。本文仿真计算得到的点损伤阈值和实验结果比较吻合。 展开更多
关键词 纳秒脉冲激光 皮秒脉冲激光 热力效应 损伤阈值
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基于MOCVD生长的4.6μm中红外量子级联激光器 被引量:6
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作者 庞磊 程洋 +5 位作者 赵武 谭少阳 郭银涛 李波 王俊 周大勇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期179-184,共6页
中红外量子级联激光器在红外对抗、痕量气体检测、自由空间光通信等领域具有广阔的应用前景,采用MOCVD生长量子级联激光器的方法具有生产效率高、可做再生长、便于多组分生长等优点。报道了可室温连续波工作的中红外量子级联激光器,波长... 中红外量子级联激光器在红外对抗、痕量气体检测、自由空间光通信等领域具有广阔的应用前景,采用MOCVD生长量子级联激光器的方法具有生产效率高、可做再生长、便于多组分生长等优点。报道了可室温连续波工作的中红外量子级联激光器,波长4.6μm,采用MOCVD生长应变补偿的InGaAs/InAlAs材料。实验探究了不同掺杂对芯片性能的影响,通过优化掺杂浓度提升了器件性能。腔长3 mm,脊宽13μm的芯片在288 K的温度下,脉冲模式下最大峰值功率达到722 mW,电光转换效率和阈值电流密度分别为6.3%和1.04 kA/cm^(2),在连续模式下功率输出达到364 mW。文中成功实现了用MOCVD生长中红外量子级联激光器,为中红外波段的激光应用提供了技术支撑。 展开更多
关键词 中红外 量子级联激光器 金属有机物化学气相沉积 掺杂优化 连续波工作
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用于激光无线能量传输的分布式最大功率点追踪系统研究(内封面文章)
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作者 陈玉超 邓国亮 +4 位作者 杨火木 孙延峰旭 苟于单 王俊 周寿桓 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期78-88,共11页
在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tra... 在激光无线能量传输中,由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响,光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀,导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配,输出功率下降。针对该问题,采用分布式最大功率点追踪(Distributed Maximum Power Point Tracking,DMPPT)技术,减少光电池阵列组串内的电池间电流失配,并用并联型Boost(PT-Boost)电路替代传统Boost电路,降低DC/DC转换器的输入电流纹波,使DMPPT系统获得高追踪效率。实验结果表明,相较于传统Boost电路,PT-Boost电路的追踪效率提高3.6%,达到93.5%。在上述研究的基础上,设置了遮光率分别为0%、25%和50%的激光无线能量传输场景,DMPPT系统整体效率分别达到了93%、92.6%和90.3%。该研究结果对激光辐照不均匀场景下激光无线能量传输的最大功率点追踪指导意义。 展开更多
关键词 激光无线能量传输 分布式最大功率点 并联型Boost电路 追踪效率 整体效率
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飞秒激光烧蚀YAG晶体的阈值及孵化效应研究
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作者 商涛 邓国亮 +4 位作者 王俊 伍杰 蔡睿 陈茹波 许云龙 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期84-92,共9页
孵化效应在超快激光烧蚀和加工的过程中起着重要作用。文中通过实验研究了波长为1030 nm的飞秒激光烧蚀YAG晶体的阈值和孵化效应。在单脉冲作用时,YAG表面发生“温和”烧蚀,具有较小的烧蚀孔径和深度;多脉冲作用时,由于孵化作用的影响,... 孵化效应在超快激光烧蚀和加工的过程中起着重要作用。文中通过实验研究了波长为1030 nm的飞秒激光烧蚀YAG晶体的阈值和孵化效应。在单脉冲作用时,YAG表面发生“温和”烧蚀,具有较小的烧蚀孔径和深度;多脉冲作用时,由于孵化作用的影响,烧蚀阈值随着脉冲数的增加而显著降低。分别采用三种孵化模型,对比研究了其对YAG晶体烧蚀阈值的拟合效果。通过实验和拟合,得到单脉冲作用下烧蚀阈值为F_(th,1)=(12.27±3.56)J/cm^(2);多脉冲作用下,饱和孵化阈值为F_(th,∞)=(1.82±0.37)J/cm^(2)。该研究为飞秒激光精密加工中的能量和脉冲数等参数的控制提供了参考。 展开更多
关键词 飞秒激光 烧蚀阈值 孵化效应 孵化模型
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双有源区结构4.7μm中波红外量子级联激光器
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作者 王渝沛 章宇航 +8 位作者 罗晓玥 钱晨灏 程洋 赵武 魏志祥 韩迪仪 孙方圆 王俊 周大勇 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1042-1049,共8页
本文报道了一种基于双有源区的4.7μm中波红外量子级联激光器,脊宽为9.5μm,可实现室温连续基横模工作。通过在单有源区中心插入0.8μm InP间隔层,将原有的单有源区转变成双有源区结构,可显著降低器件有源区的峰值温度,同时抑制高阶横... 本文报道了一种基于双有源区的4.7μm中波红外量子级联激光器,脊宽为9.5μm,可实现室温连续基横模工作。通过在单有源区中心插入0.8μm InP间隔层,将原有的单有源区转变成双有源区结构,可显著降低器件有源区的峰值温度,同时抑制高阶横模的产生。在288 K温度下,腔长为5 mm的双有源区器件的阈值电流密度为1.14 kA/cm2,连续输出功率为0.71 W,快轴发散角为27.3°,慢轴发散角为18.1°。同采用常规单有源区结构器件相比,采用双有源区结构的器件,其最大光输出功率未出现退化,同时器件慢轴方向由多模变化为基横模,光束质量得到了显著改善。本工作为改善高功率中波量子级联激光器的慢轴光束质量提供了一种解决思路。 展开更多
关键词 中红外 量子级联激光器 双有源区 金属有机物化学气相沉积 连续输出
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用于无线能量传输的高效率半导体激光器设计 被引量:7
8
作者 李娟 俞浩 +3 位作者 虞天成 苟于单 杨火木 王俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期35-42,共8页
激光无线能量传输在无人机、卫星空间站和探月机器人供电等方面具有潜在应用前景,其系统效率成为了其应用的关键瓶颈。为了提高激光无线能量传输系统发射端激光器的电光转换效率、接收端光斑均匀性和有效窗口收光比,提出了用于激光无线... 激光无线能量传输在无人机、卫星空间站和探月机器人供电等方面具有潜在应用前景,其系统效率成为了其应用的关键瓶颈。为了提高激光无线能量传输系统发射端激光器的电光转换效率、接收端光斑均匀性和有效窗口收光比,提出了用于激光无线能量传输发射端的高效率半导体激光器设计方案。基于合束效率较高的空间合束设计了一套高功率高效率半导体激光系统,接收端光斑不均匀度可优化至0.207,有效窗口内收光比大于94%。搭建了千瓦级激光无线能量传输实验装置,发射端半导体激光系统直接输出矩形光斑,与矩形光电池匹配,提高了电池阵布片率。利用多光束指向性可调节特点,优化了接收端光斑均匀度,有利于提高接收端电池的转换效率及简化电源管理。该设计与研究为激光无线能量传输的实际应用提供了借鉴意义。 展开更多
关键词 激光无线能量传输 激光匀化 半导体激光器 空间合束
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用于激光无线能量传输的MPPT集成仿真系统 被引量:3
9
作者 杨擎东 杨火木 +3 位作者 王俊 苟于单 汪莎 周寿桓 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期211-219,共9页
在激光无线能量传输(LWPT)中,传能激光波长、光功率和光电池温度对光电池的输出特性有显著影响,最大功率跟踪(MPPT)技术可解决上述等因素造成的功率失配问题,提升系统的DCDC效率。构建了针对LWPT的MPPT集成仿真系统,耦合了波长、光功率... 在激光无线能量传输(LWPT)中,传能激光波长、光功率和光电池温度对光电池的输出特性有显著影响,最大功率跟踪(MPPT)技术可解决上述等因素造成的功率失配问题,提升系统的DCDC效率。构建了针对LWPT的MPPT集成仿真系统,耦合了波长、光功率和温度对GaAs光电池输出特性的综合影响,可以同时分析光电池在功率匹配、功率失配和MPPT调制等多种条件下的输出特性。基于该仿真系统,研究了光电池在不同波长、光功率和温度条件下的物理规律。波长增大时,在850 nm左右转换效率η_(max)达到最大值为50%,波长继续增大,光子能量小于GaAs禁带宽度导致η_(max)迅速下降。功率增大时,η_(max)基本不变,最大功率匹配电阻RL_(max)减小。温度升高时,η_(max)和RL_(max)均持续下降。此外,研究了光电池在功率失配时的输出特性,此时光电池的转换效率对比功率匹配时均有不同程度的下降。根据光电池的输出特性在仿真系统设计了MPPT电路,利用时间扰动算法进行最大功率跟踪。光电池在MPPT系统调制后均可工作在功率匹配时的最大功率点,且光电池能源利用率达到99.93%。研究结果对用于激光输能有重要指导意义。 展开更多
关键词 激光无线能量传输 最大功率跟踪系统 GaAs光电池 光电池特性 功率匹配 集成仿真系统
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激光无线能量传输接收端光束匀化装置设计 被引量:5
10
作者 霍虹宇 苟于单 +4 位作者 杨擎东 李娟 赵邦博 杨火木 王俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期243-251,共9页
激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进... 激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进行光束初次匀化,然后用光学漏斗进行二次匀化和整形。针对1 cm×1 cm光电池,分析了光学整形扩散片的扩散角度和光学漏斗的高度对光束匀化效果的影响,优化后的激光接收装置的耦合效率η;>95%,光强不均匀度Δ<0.05。此外,该激光接收装置对激光入射角不敏感,入射角为20°时,η;>80%。搭建了3×3光电池芯片阵列的激光无线输能系统,采用分布式匀化激光接收装置,光强不均匀度由0.34降到0.12,光电池转换效率提升了65%。与正入射时相比,入射角为18°时,系统转换效率变化小于20%。结果表明,该分布式匀化激光接收装置有效提高了接收端的光强均匀性和系统光电转换效率,且对激光入射角不敏感,在激光无线能量传输中有重要作用。 展开更多
关键词 激光无线能量传输 光学整形扩散片 光学漏斗 激光匀化 光电转换效率
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多结级联垂直腔面发射激光器失效分析 被引量:5
11
作者 刘畅 肖垚 +3 位作者 刘恒 邓国亮 苗霈 王俊 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期388-395,共8页
对自主研发的940 nm大功率三结垂直腔面发射激光器(VCSEL)单点器件的高温高电流老化失效后的器件进行了失效分析研究。首先,通过热阻测试确定了加速老化实验的结温,并计算了老化加速因子为104。随后,对老化过程中产生的失效器件进行失... 对自主研发的940 nm大功率三结垂直腔面发射激光器(VCSEL)单点器件的高温高电流老化失效后的器件进行了失效分析研究。首先,通过热阻测试确定了加速老化实验的结温,并计算了老化加速因子为104。随后,对老化过程中产生的失效器件进行失效分析。通过老化前后器件L-I-V、正反向V-I、光学及红外外观、近场光斑及透射电子显微镜(TEM)研究了器件老化前后性能及发光模式变化,确定了器件的失效位置,分析了失效原因,并通过TEM图像确认了器件失效是由P-DBR中的位错生长导致。本文为国际首次对多结VCSEL器件失效分析的研究报道,对继续优化VCSEL内部结构设计及提升工艺控制能力、提高多结VCSEL器件寿命及可靠性具有一定指导意义。 展开更多
关键词 垂直腔面发射激光器 多结 失效分析 可靠性
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波导结构对905 nm隧道结级联半导体激光器的光束质量和功率的影响 被引量:3
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作者 淡金川 谭少阳 +3 位作者 王邦国 肖垚 邓国亮 王俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期172-178,共7页
近年来,激光雷达应用对探测距离和灵敏度提出了更高的要求。905 nm半导体激光器作为其理想光源也亟待提升峰值功率与光束质量。在这个背景下,基于非对称大光腔结构研究了不同增益区类型和波导结构对905 nm隧道结脉冲半导体激光器的光束... 近年来,激光雷达应用对探测距离和灵敏度提出了更高的要求。905 nm半导体激光器作为其理想光源也亟待提升峰值功率与光束质量。在这个背景下,基于非对称大光腔结构研究了不同增益区类型和波导结构对905 nm隧道结脉冲半导体激光器的光束质量和功率效率的影响。通过优化增益区类型和波导结构降低了体电阻和内损耗;增强了限制载流子泄露的能力,提高了器件在高电流下工作的峰值功率和电光效率;通过提高高阶模对基模的阈值增益比值,抑制高阶模式激射,降低了远场发散角。在此基础上,研制的800μm腔长、200μm条宽的四有源区半导体激光器在100 ns脉冲宽度、1 kHz重复频率的脉冲功率测试中,41.6 A的脉冲电流强度下实现了峰值功率输出177 W;垂直于PN结方向单模激射,远场发散角半高全宽为24.3°。 展开更多
关键词 波导结构 半导体激光器 隧道结级联 光束质量 功率优化
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