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Non-uniform longitudinal current density induced power saturation in GaAs-based high power diode lasers
Applied Physics Letters ( IF 4 ) Pub Date : 2020-11-16 , DOI: 10.1063/5.0020259 S. Arslan 1 , R. B. Swertfeger 2 , J. Fricke 1 , A. Ginolas 1 , C. Stölmacker 1 , H. Wenzel 1 , P. A. Crump 1 , S. K. Patra 2 , R. J. Deri 2 , M. C. Boisselle 2 , D. L. Pope 2 , P. O. Leisher 2
Applied Physics Letters ( IF 4 ) Pub Date : 2020-11-16 , DOI: 10.1063/5.0020259 S. Arslan 1 , R. B. Swertfeger 2 , J. Fricke 1 , A. Ginolas 1 , C. Stölmacker 1 , H. Wenzel 1 , P. A. Crump 1 , S. K. Patra 2 , R. J. Deri 2 , M. C. Boisselle 2 , D. L. Pope 2 , P. O. Leisher 2
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The output power of modern 975 nm GaAs-based broad area diode lasers is limited by increasing carrier and photon losses at high bias. We use experiment and one-dimensional calculations on these devices to reveal that higher current densities (and hence higher local recombination rates and higher losses) arise near the front facet due to spatial hole burning and that the non-uniformity is strongly affected by laser geometry, which is more severe for longer resonators and less severe for higher front facet reflectivity. Specifically, we use devices with a segmented p-contact to directly measure the current distribution along the resonator and compare this with laser simulation. Devices with a 6 mm resonator show 29% more current at the front than back, twice as large as the 15% current non-uniformity in devices with a 3 mm resonator. In contrast, increased front facet reflectivity (20% rather than 0.8%) is shown to almost halve the current non-uniformity from 29% to 18% in devices with a 6 mm resonator and reduces power saturation. Although the magnitude of current non-uniformity in experiment and theory is broadly consistent, in experiment, an additional divergence is seen in current flow (and hence recombination rate) near the facets, and earlier power saturation occurs. We discuss the possible saturation mechanisms that are not included in the simulation.
中文翻译:
GaAs 基高功率二极管激光器中非均匀纵向电流密度引起的功率饱和
现代 975 nm GaAs 基广域二极管激光器的输出功率受到高偏压下载流子和光子损耗增加的限制。我们在这些器件上使用实验和一维计算来揭示由于空间烧孔而在前面附近出现更高的电流密度(因此更高的局部复合率和更高的损耗),并且非均匀性受到激光几何形状的强烈影响,这对于更长的谐振器更严重,而对于更高的前端反射率则不太严重。具体来说,我们使用带有分段 p 接触的设备来直接测量沿谐振器的电流分布,并将其与激光模拟进行比较。具有 6 mm 谐振器的设备在前部显示的电流比后部多 29%,是具有 3 mm 谐振器的设备中 15% 的电流不均匀性的两倍。相比之下,增加的正面反射率(20% 而不是 0.8%)表明,在具有 6 mm 谐振器的设备中,电流不均匀性几乎减半,从 29% 到 18%,并降低了功率饱和。尽管实验和理论中电流非均匀性的幅度大体上是一致的,但在实验中,在小平面附近的电流(以及因此的复合率)中看到了额外的发散,并且发生了较早的功率饱和。我们讨论了模拟中未包含的可能的饱和机制。在小平面附近的电流(以及因此的复合率)中可以看到额外的发散,并且发生较早的功率饱和。我们讨论了模拟中未包含的可能的饱和机制。在小平面附近的电流(以及因此的复合率)中可以看到额外的发散,并且发生较早的功率饱和。我们讨论了模拟中未包含的可能的饱和机制。
更新日期:2020-11-16
中文翻译:
GaAs 基高功率二极管激光器中非均匀纵向电流密度引起的功率饱和
现代 975 nm GaAs 基广域二极管激光器的输出功率受到高偏压下载流子和光子损耗增加的限制。我们在这些器件上使用实验和一维计算来揭示由于空间烧孔而在前面附近出现更高的电流密度(因此更高的局部复合率和更高的损耗),并且非均匀性受到激光几何形状的强烈影响,这对于更长的谐振器更严重,而对于更高的前端反射率则不太严重。具体来说,我们使用带有分段 p 接触的设备来直接测量沿谐振器的电流分布,并将其与激光模拟进行比较。具有 6 mm 谐振器的设备在前部显示的电流比后部多 29%,是具有 3 mm 谐振器的设备中 15% 的电流不均匀性的两倍。相比之下,增加的正面反射率(20% 而不是 0.8%)表明,在具有 6 mm 谐振器的设备中,电流不均匀性几乎减半,从 29% 到 18%,并降低了功率饱和。尽管实验和理论中电流非均匀性的幅度大体上是一致的,但在实验中,在小平面附近的电流(以及因此的复合率)中看到了额外的发散,并且发生了较早的功率饱和。我们讨论了模拟中未包含的可能的饱和机制。在小平面附近的电流(以及因此的复合率)中可以看到额外的发散,并且发生较早的功率饱和。我们讨论了模拟中未包含的可能的饱和机制。在小平面附近的电流(以及因此的复合率)中可以看到额外的发散,并且发生较早的功率饱和。我们讨论了模拟中未包含的可能的饱和机制。