12.3 Конструкции многомодовых полупроводниковых лазеров.

Многомодовый полупроводниковый лазер отличается большой шириной полоскового контакта (100-200 мкм), содержит большое количество поперечных (латеральных) мод в плоскости параллельной слоям гетероструктуры и генерит на основной поперечной (вертикальной) моде в плоскости перпендикулярной слоям структуры. С увеличением ширины полоска и тока накачки лазерной структуры число поперечных мод возрастает. На рисунке изображена конструкция одного из таких лазеров. В основном многомодовые лазеры изготавливаются для получения максимально возможных мощностей оптического излучения.

Рис. 130. Мезаполосковая конструкция многомодового мощного полупроводникового лазера.

Для исключения возможности срыва генерации за счет генерации замкнутой моды четырехсколотого лазера применяется конструкции многомодовых лазеров с затравом мезы глубже активной области и глубже второго волноводного слоя.

Рис. 131. Мезаполосковая конструкция(типа «глубокая меза») многомодового мощного полупроводникового лазера.

Рис.132. Последовательность технологических операций для изготовления многомодовых поупроводниковых лазеров.

а. Засветка фоторезиста через шаблон.

б. Вскрытие фоторезиста в травителе после проявления.

с. Травление полупроводникового материала сквозь маску фоторезиста.

d. Удаление маски фоторезиста с полупроводниковой пластины.

Рис. 133. Сокращенный маршрут изготовление активного элемента (чипа) многомодового мезополоскового полупроводникового лазера.

а – изготовление мезы в лазерной гетероструктуре;

б – нанесение изолирующего диэлектрика и вскрытие полоскового контакта в мезе;

с – нанесение омических контактов и усиление полоскового контакта.

Рис. 134. Лазерные характеристики мощного многомодового полупроводникового лазера при ширине полоскового контакта 500 мкм: Ватт-амперная, КПД, вольт-амперная и длина волны максимума спектра излучения от тока накачки.

Рис. 135. Картина дальнего поля в плоскости перпендикулярной и параллельной слоям гетероструктуры полупроводникового лазера с шириной полоскового контакта 500 мкм.

Рис. 136. Картина дальнего поля в плоскости параллельной слоям гетероструктуры полупроводникового лазера с шириной полоскового контакта 500 мкм в зависимости от тока накачки. С ростом тока накачки расходимость излучения в плоскости параллельной слоям увеличивается,что является прямой иллюстрацией возникновения мод высшего порядка с увеличением тока накачки.

12.4 Конструкции многомодовых полупроводниковых лазерных линеек.

Для увеличения мощности оптического излучения многомодовые полупроводниковые лазеры объединяют в лазерные линейки. Рисунок ниже.

Рис. 137. Подробное изображение конструкции лазерной линейки.

.

Рис. 138.Фотография лазерной линейки.

Рис. 139. Картина ближнего поля лазерной линейки состоящей из 25 элементов.

Рис. 140. Характеристики лазерной линейки из 25 полупроводниковых лазеров.

Рис. 141. Схематическое изображение одного из распространенных медных теплоотводов для лазерных линеек.

При использовании твердых припоев золото – олово для монтажа полупроводниковой лазерной линейки необходимо использовать компенсирующий носитель(состоящий из специальных сплавов ) с коэффициентом температурного расширения совпадающим с коэффициентом расширения полупроводниковой подложки. В противном случае из-за различия коэффициентов расширения меди и полупроводника линейка деформируется и потрещит.

В случае индия (мягкого припоя) происходит компенсация напряжений, но срок службы падает из-за прорастания «вискеров»

Рис 142. Схема монтажа на мягкий и твердый припой

Огромное внимание уделяется теплопроводности материала теплоотвода и конструктивным решениям теплоотвода.

Рис. 143. Отвод тепла от лазерной линейки.

Рис.144. Фотография теплоотвода для лазерной линейки.

Рис. 145. Схема монтажа лазерной линейки в корпус

Рис. 146. Лазерная линейка и лазерная линейка в корпусе с коллимирующей оптикой.

Рис. 147. Лазерная линейка в корпусе с водяным охлаждением.

Рис. 148. Корпус в разобранном виде для монтажа лазерной линейки и охлаждаемый парами жидкого азота.