大功率脉冲量子级联激光器锥形波导光学与热学仿真设计

作     者：张程程 张东亮 王锐 罗明馨 林青华 郑显通 祝连庆 王伟平 Zhang Chengcheng;Zhang Dongliang;Wang Rui;Luo Mingxin;Lin Qinghua;Zheng Xiantong;Zhu Lianqing;Wang Weiping

作者机构：北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心北京100016 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100016 中国电子科技集团公司智能科技研究院北京100015 

基　　金：国家自然科学基金项目(62105039) 北京学者基金项目(BJXZ2021-012-00046) 北京信息科技大学研究项目(2022XJJ07) 北京市教育委员会科研计划项目(KM202111232019) 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2024年第53卷第5期

页      码：35-45页

摘      要：针对脊形波导结构的大功率脉冲量子级联激光器面临的光束质量差和热积累严重的问题,研究了一种新型锥形波导量子级联激光器结构设计方法。通过COMSOL软件仿真优化脉冲功率60 W,重复频率10 kHz输出的锥形量子级联激光器光学和热学特性,分析了不同几何参数对波导光场模式分布、传输特性和最大内部温度的影响以及不同热沉材料、热沉温度和脉冲宽度对核心层内部温度分布的影响。结果表明,在4.6μm的波长下,直波导宽度为5μm,在锥度角为1.9°,直波导/锥形波导长度比为1∶3,可以保证直波导产生TM基模输出,整个端口的透射率、反射率、损耗、光限制因子达到最好效果。在同脊宽条件下,对于3 mm腔长,该锥形波导结构激光器核心区的面积对比条形的脊波导结构大10倍左右,更有利于大功率输出。此外,基于该结构进行了不同脉冲模式下的热学仿真分析,为器件工作模式和封装方式的选择提供有益参考。文中研究相关结论可为后续工艺设计和实验验证提供数据支持。

主 题 词：量子级联激光器 脉冲 锥形波导 COMSOL光学仿真 热学仿真 

学科分类：080901[080901] 070207[070207] 0809[工学-计算机类] 07[理学] 08[工学] 080401[080401] 0804[工学-材料学] 0803[工学-仪器类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/IRLA20240015

馆 藏 号：203128215...