Введение
ГЛАВА I Обзор литературы 25
1.1. Предельные возможности работы мощных диодных лазеров 25
1.1.1 Физические ограничения 25
1.1.2 Выходная мощность излучения, материал активной области и деградация 27
1.1.3 Качество излучения 32
1.1.4 Тепловые ограничения 35
1.2 Мощные лазерные линейки и матрицы - дальнейшее повышение мощности оптического излучения 38
1.3 Накачка ТТЛ - основное применение мощных ЛД и линеек 42
1.3.1 Особенности использования мощных ЛД и линеек для накачки ТТЛ 42
1.3.2 Оптимизация теплового режима работы ТТЛ 45
1.4 Технологические аспекты изготовления мощных ЛД 48
1.4.1 Материал активной области ЛГС 48
1.4.2 Концепция ЛГС с широким оптическим резонатором 49
1.4.3 Поперечное ограничение 55
1.4.4 Защита зеркал 59
1.5 Выводы по Главе 1 63
ГЛАВА 2 Мощные диодные лазеры с длиной волны излучения 808 НМ 65
2.1 Термические механизмы ограничения выходной мощности излучения
2.1.1 Катастрофическое разрушение зеркал ЛД 66
2.1.1.1 Природа катастрофического разрушения зеркал ЛД 66
2.1.1.2 Модели катастрофического разрушения зеркал ЛД 68
2.1.2 Термические механизмы з
2.1.2.1 Разогрев лазерной гетероструктуры 72
2.1.2.2 Разогрев зеркал резонатора 77
2.2 Нетермические механизмы ограничения выходной мощности излучения 78
2.2.1 Непрерывный и импульсный разогрев лазерных диодов 79
2.2.2 Порог КРЗ при непрерывной и импульсной токовой накачке 81
2.2.3 Нетермические механизмы ограничения мощности 82
2.2.3.1 Рост концентрации неравновесных носителей заряда в ГС 82
2.2.3.2 Спектральное выжигание НЗ стимулированным излучением... 86
2.2.3.3 Пространственное выжигание НЗ стимулированным излучением 87
2.2.4 Соотношение между термическими и нетермическими механизмами ограничения мощности ЛД 89
2.3 Пути повышения выходной мощности лазерного излучения 91
2.3.1 Современное состояние 92
2.3.2 Защита выходных зеркал 95
2.3.3 Улучшение отвода тепла из активной области 97
2.3.4 Модификации конструкции лазерных излучателей 100
2.3.4.1 Оптимизация конструкции ЛГС 100
2.3.4.2 Модификации конструкции лазерного чипа 102
2.4 Выводы по Главе 2 104
ГЛАВА 3 Анализ работы и оптимизация характеристик мощных лд на основе гс со сверхнизкими оптическими потерями 107
3.1 Анализ работы базовой ЛГС 107
3.1.1 Анализ базовой гетероструктуры без нанесенных зеркал 107
3.1.2 Анализ базовой гетероструктуры с нанесенными зеркалами 111
3.1.3 Распределение концентрации НЗ в активной области вдоль
резонатора ЛД 112
3.1.4 Фактор оптического ограничения и внутренние потери 113
3.1.5 Тепловое сопротивление 114
3.1.6 Вольт-амперная характеристика 114
3.1.7 Зонные диаграммы и транспорт носителей 117
3.2 Анализ работы и оптимизация характеристик мощных ЛД на
основе симметричной ЛГС 119
3.2.1 Структура с расширенным прямоугольным волноводом (R1) 120
3.2.2 Структура с расширенным градиентным волноводом (G1) 127
3.2.3 Структура с двумя активными областями (А1) 133
3.2.4 Структура с блокирующим электронным слоем (R2) 140
3.2.5 Низкосоставная градиентная структура (G2) 145
3.2.6 Низкосоставная градиентная структура с зауженным волноводным слоем (G3) 153
3.3 Анализ работы и оптимизация характеристик мощных ЛД на основе асимметричной ЛГС 160
3.3.1 Структура с асимметричным прямоугольным волноводом (R3)... 161
3.3.2 Структура с инвертированным асимметричным прямоугольным волноводом (R4) 169
3.3.3 Структура с асимметричным градиентным волноводом (G4) 176
3.3.4 Структура с инвертированным асимметричным градиентным волноводом (G5) 182
3.3.5 Модифицированная структура с симметричным градиентным волноводом (G2D) 188
3.4 Сравнительный анализ ЛГС с симметричными и
асимметричными волноводами 193
3.4.1 Общие принципы конструирования AlGaAs гетероструктур для мощных полупроводниковых лазеров 194
3.4.2 Сравнение характеристик предложенных ЛГС с симметричными волноводами 196
3.4.3 Общие замечания о ГС с асимметричными волноводами 199
3.4.4 Сравнение характеристик ЛГС с симметричными и асимметричными волноводами 200
3.4.5 Оптимизированная ЛГС с симметричным волноводом 205
3.4.6 Оптимизированная ЛГС с асимметричным волноводом 208
3.5 Выводы по Главе 3 211
ГЛАВА 4 Анализ и пути оптимизации конструкции теплоотводов для мощных ЛД 213
4.1 Описание базовой конструкции лазерного диода 213
4.2 Моделирование теплопереноса 215
4.3 Тепловое сопротивление базовой конструкции теплоотвода 217
4.3.1 Вклад гетероструктуры, металлических слоев и сабмаунта 217
4.3.2 Вклад теплоотвода, корпуса лазерного диода и основания 218
4.3.3 Полное тепловое сопротивление лазерного диода 219
4.4 Геометрическая оптимизация конструкции теплоотвода 220
4.5 Оптимизация материала теплоотвода 224
4.6 Предельная выходная оптическая мощность излучения ЛД 226
4.7 Выводы по Главе 4 228
ГЛАВА 5 Исследование излучательных характеристик мощных диодных лазеров 230
5.1 Исследование излучательных характеристик мощных диодных лазеров с длиной волны генерации 808 нм 232
5.1.1 Исследование излучательных характеристик мощных непрерывных диодных лазеров 230
5.1.1.1 Основные технические требования к технологическому процессу приготовления кристаллов мощных непрерывных диодных лазеров 230
5.1.1.2 Перечень технологических операций, входящих в технологический процесс 231
5.1.1.2.1 Технологическая схема изготовления чипов непрерывных диодных лазеров 231
5.1.1.2.2 Технология сборки сверхмощных непрерывных диодных лазеров 234
5.1.1.3 Излучательные характеристики мощных непрерывных диодных лазеров 235
5.1.2 Исследование излучатель ных характеристик сверхмощных квазинепрерывных лазерных линеек и матриц 239
5.2 Исследование излучательных характеристик ЛД и линеек с длиной волны генерации 940 - 960 нм 246
5.2.1 Мощные низкопороговые ЛД, работающие в непрерывном режиме 246
5.2.2 Исследование влияния длительности импульса накачки и температуры теплоотвода на излучательные характеристики лазерных линеек 249
5.3 Исследование излучательных характеристик мощных непрерывных ЛД с длиной волны генерации 670 нм 255
5.4 Выводы по Главе 5 259
ГЛАВА 6 Разработка ТТЛ с накачкой мощными ЛД и линейками 261
6.1 Разработка импульсного ТТЛ для технологических применений с накачкой мощными непрерывными ЛД 261
6.2 Разработка компактного мощного твердотельного лазерного излучателя для информационных систем с накачкой мощными квазинепрерывными ЛЛ 266
6.2.1 Разработка компактного твердотельного лазерного излучателя для информационных систем с накачкой мощными квазинепрерывными ЛЛ 266
6.2.2 Исследование излучательных характеристик компактного твердотельного лазерного излучателя для информационных систем с накачкой мощными квазинепрерывными ЛЛ 268
6.3 Выводы по Главе 6 271
ГЛАВА 7 Создание специализированных медицинских аппаратов на основе мощных лд и устройства для диагностики онкологических заболеваний 272
7.1 Медицинские лазерные аппараты серии «Аткус» и «Латус» 274
7.1.1 Устройство для отвода тепла от полупроводникового прибора 277
7.1.2 Лазерный излучатель 278
7.1.3 Оптическое устройство для суммирования лучей двух и более лазеров 280
7.1.4 Устройство для контроля температуры рабочего торца оптоволокна лазерных модулей с волоконным выходом излучения для медицинской аппаратуры 284
7.2 Устройство для визуализации пространственного распределения флуоресценции (Флуовизор) злокачественных новообразований при ФДТ 288
7.2.1 Анализ требований к программному обеспечению систем для ФДТ 290
7.2.2 Аппаратная платформа 291
7.2.3 Порядок работы и клинические испытания 292
7.3 Выводы по Главе 7 297
Заключение 299
Список принятых сокращений 302
Список работ, опубликованных автором по теме диссертации 304
Литература
