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这些发明受到广泛的专利保护。一些 光场向量子阱移动增加光学增 亮度的泵浦）。FBH 的研究已经解决
性能记录包括具有 1.5~2kW 输出功率 益，而不需要调整 p 面，p 面可以保 了这一挑战 ：用于固态脉冲激光系统
的首个 1cm 二极管激光器巴条，以及 持很薄以实现低损耗。这是首次允许 泵浦的准连续二极管激光巴条的峰值
在 1kW 下具有超过 60％转换效率的 同时实现低电阻、低光学损耗、低 功率，在过去的十年间增加了 2-4 倍
巴条。FBH 的工作成果会定期在许多 功率饱和以及低阈值电流。采用这种 （见图 3）。
会议上公布。 结构，连续波（CW）输出（940nm， 同时，巴条的效率从大约 35％增
25℃）获得了 10W 功率，效率高达 加到 63％。目前，通快和 FBH 正在
三重不对称层设计 66％（峰值效率达 69％），是对称设 紧密合作，在 298K 的最高工作温度
在最好的现代高功率二极管激光 计的 1.05 倍（见图 2）。 下，展示了 CW 模式下的千瓦级输出，
器中，峰值功率和效率受基本损耗机 横向结构也会对效率产生一定 并且还在继续提高效率和光束质量。
制的限制。因此，深入理解二极管内 的限制，因为即使在大面积激光器
和器件技术背后的物理学知识，是进 中，电条的任一侧都会损失大量电 整体式波长稳定的二极管激光器
一步改进高功率二极管激光器性能的 流。一种新颖的电流阻断技术消除了 对于诸如固体激光器泵浦和传感
先决条件。 这种电流损失，其使用两步原位刻蚀 等应用，需要二极管激光器具有较窄
例如，基于多年来对限制器件的 的 MOVPE 工艺制造。相应的埋入式 且稳定的光谱。从生产成本的角度来
功率和效率的研究结果，FBH 团队最 台面激光器原型（buried mesa lasers） 看，整体式集成光栅是用于窄化光谱
近提出了“三重不对称外延层设计” 的效率提高了 5％（见图 2）。结合三 的特别有吸引力的技术，这种方法消
的概念。这种设计能精确地操纵光 重不对称设计和横向电流阻断技术， 除了外部反馈，从而带来更长的寿命。
场，并带来更高的效率和更高的输出 将有望进一步提高效率。 因此，FBH 的科学家们多年来一直在
[1]
功率。 第一重不对称是在二极管结 深入研究整体式光栅稳定的设计与技
构的半导体材料内 ：p 层做得尽可能 有效的千瓦级激光巴条 术，以便使这一关键技术为市场应用
薄，这会降低电阻和光学损耗。这与 这些复杂的外延设计在使用高质 做好准备。
二极管内部包层和波导的设计中的第 量、低缺陷器件技术制造成二极管激 同样，在过去的十年中，单管的
二重不对称相结合。包层 / 导引不对 光器时，可以在应用中获得更高的性 功率已经增加了大约十倍，效率大约
称，有助于将不需要的光学模式耦合 能。例如，1cm 激光巴条已经在工业 翻了一番。FBH 已经开发出了几种
到衬底中，防止它们产生激光。最后， 领域获得了广泛的应用，无论是直接 能够显著降低光栅光学损耗的不同方
在量子阱任一侧上的层的折射率梯度 应用，还是作为泵浦源 ；其功率的增 法，并且已经获得了专利。例如，已
中，引入第三重不对称，以此实现光 加，直接降低了每瓦成本，缩减了系 经开发出具有均匀整体式集成光栅的
场的精细调谐。 统尺寸，同时提升了性能（通过更高 大面积激光器（BA-DFB），其中反馈
a) 输出功率 b) 输出功率 巴条峰值功率/kW
(W) 转换效率 (W) 转换效率
Buried mesa 2.5 QCW
15 0.7 4 Reference 0.7 CW
0.6 0.6 2.0 203K, FBH
3
0.5 0.5
10 1.5
0.4 0.4 298K, FBH
2 288K, JDL
0.3 0.3 1.0
5 280K 293K 298K,
ETAS 0.2 1 0.2 0.5 Trumpf/FBH
Symmetric 0.1 0.1 278K, nLight
0 0.0 0 0.0 0.0
0 5 10 15 0 1 2 3 4 2005 2010 2015 2020
电流 (A) 电流 (A) 发布年份
图2：与常规对称设计相比，大面积二极管激光器的极端三重不对称（ETAS）设计，显示出>60％的 图3：1cm二极管激光巴条的峰值光功率在连续（红
卓越效率（绿色）（a）；用于GaAs-AlGaAs激光器的埋入式台面生长技术（b）降低了电流损耗，并 色）和准连续（黑色）工作模式下迅速增加；图中给
实现了更高的效率（CW，25℃，L=4mm，W=100μm）。 出了工作温度、波长和供应商。

32 Mar/ Apr 2019 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界