Towards improvement of beam quality of wide-stripe high-power laser diodes

• Autorzy: Maląg A. , Sobczak G. , Dąbrowska E. , Teodorczyk M. , Dąbrowski A. , Nakielska M.

Warianty tytułu

PL

Kierunki poprawy jakości wiązki promieniowania szerokopaskowych diod laserowych dużej mocy

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Selected ways of improving an emitted beam quality of high-power laser diodes (LDs) are proposed in both vertical and horizontal directions. Appropriate heterostructure design leads to a vertical beam divergence reduction to 12^º (FWHM) while simultaneously maintaining a high power conversion efficiency of LDs. In turn, the spatial stabilization of an optical field distribution in the junction plane results in horizontal beam profile stabilization as a function of the device drive current. This spatial stabilization (with preferred high-order lateral modes) is forced by ion-implanted lateral periodicity built into the wide-stripe waveguide of a LD.

PL

Przedstawione zostały wybrane przykłady poprawy jakości wiązki promieniowania diod laserowych (DL) dużej mocy w płaszczyźnie prostopadłej do złącza (pionowej) i w płaszczyźnie złącza (poziomej). Odpowiedni projekt heterostruktury umożliwia ograniczenie rozbieżności wiązki w płaszczyźnie pionowej do 12^º przy utrzymaniu wysokiej sprawności energetycznej DL. Z kolei stabilizacja pola optycznego w płaszczyźnie złącza wymuszona przez strukturę periodyczną wbudowaną w szerokopaskowy światłowód heterostruktury laserowej prowadzi do stabilizacji profilu wiązki w płaszczyźnie poziomej w funkcji poziomu wysterowania przyrządu. Ta struktura periodyczna (preferująca wysokie mody boczne) jest formowana techniką implantacji jonów.

Słowa kluczowe

EN

laser diode; laser beam; heterostructure; directional characteristics of emission

PL

dioda laserowa; wiązka laserowa; heterostruktura; charakterystyka kierunkowa emisji

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 43, nr 3
• Strony: 7--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Maląg A.

• Institute of Electronic Materials Technology ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warsaw, Poland

autor

Sobczak G.

• Institute of Electronic Materials Technology ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warsaw, Poland

autor

Dąbrowska E.

• Institute of Electronic Materials Technology ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warsaw, Poland

autor

Teodorczyk M.

• Institute of Electronic Materials Technology ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warsaw, Poland

autor

Dąbrowski A.

• Institute of Electronic Materials Technology ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warsaw, Poland

autor

Nakielska M.

• Institute of Electronic Materials Technology ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Krupke W. F.: Advanced diode-pumped solid state lasers (DPSSLs): near-term trends and future prospects", Proceedings of SPIE, High-Power Laser Ablation II, 1999, 3885, 21 - 32
• [2] Creeden D., Johnson B. R., Setzler S. D., Chicklis E. P.: Resonantly pumped Tm-doped fiber laser with > 90% slope efficiency, Optics Letters, 2014, 39, 3, 470 - 473
• [3] Fritsche H., Ferrario F., Koch R., Kruschke B., Pahl U., Pflueger S., Grohe A., Gries W., Eibl F., Kohl S., Dobler M.: Direct diode lasers and their advantages for materials processing and other applications", Proceedings of SPIE, Laser Joining II, 2015, 9356, 93560I-1-93560I-6
• [4] Najda S. P., Perlin P., Suski T., Marona L., Boćkowski M., Leszczyński M., Wiśniewski P., Czernecki R., Kucharski R., Targowski G., Watson S., Kelly A. E., Watson M. A., Blanchard P., White H.: AlGaInN laser diode technology for free-space telecom applications, Proceedings of SPIE, Laser Transmitters, 2015, 9354, 93540Q-1-93540Q-11
• [5] Kozłowska A., Kujawińska M., Gorecki C.: Grating interferometry with a semiconductor light source, Applied Optics, 1997, 36, 31, 8116 - 8120
• [6] Lang R. J., Mehuys D., Hardy A., Dzurko K. M., Welch D. F.: Spatial evolution of filaments in broad area diode laser amplifiers, Applied Physics Letters, 1993, 62, 11, 1209 - 1211
• [7] Szymański M., Kubica J. M., Szczepański P.: Theoretical analysis of lateral modes in broad-area semiconductor lasers with profiled reflectivity output facets, IEEE Journal of Quantum Electronics, 2001, 37, 3, 430 - 438
• [8] Diehl R. (e.d.): High-power diode lasers: fundamentals, technology, applications, Springer, Berlin, 2000
• [9] Suhara T.: Semiconductor laser fundamentals, Marcel Dekker Inc., New York, 2004
• [10] Nitta K., Itaya K., Ishikawa M., Watanabe Y., Hatakoshi G., Uematsu Y.: Astigmatism in ridge-stripe InGaAlP laser diodes, Japanese Journal of AppliedPhysics, 1989, 28, 11, L2089-L2091
• [11] Maląg A.: Beam divergence and COD issues in double barrier separate confinement heterostructure laser diodes, Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences, 2005, 53, 2, 167 - 173
• [12] Maląg A., Jasik A., Teodorczyk M., Jagoda A., Kozłowska A.: High-power low vertical beam divergence 800-nm-band double-barrier-SCH GaAsP-(AlGa) As laser diodes, IEEE Photon. Technol. Lett., 2006 , 18, 1582 - 1584
• [13] Malag A., Dąbrowska E., Teodorczyk M., Sobczak G., Kozłowska A., Kalbarczyk J.: Asymmetric heterostructure with reduced distance from active region to heatsink for 810-nm range high-power laser diodes, IEEE J. Quant. Electron., 2012, 48, 4, 465 - 471
• [14] Ryvkin B., Avrutin E.: Narrow asymmetric waveguide semiconductor lasers for improved temperature wavelength stability, JAP, 2009, 105, 103107-1 -103107-4.
• [15] Buda M., Hay J., Tan H. H., Wong-Leung J., Jagadish C:. Low Loss, Thin p-clad 980-nm InGaAs semiconductor laser diodes with an asymmetric structure design, IEEE J. Quant. Electron., 2003, 39, 5, 625 - 633
• [16] Levy M., Karni Y., Rapaport N., Don Y., Berk Y., Yanson D., Cohen S., Oppenheim J.: Development of asymmetric epitaxial structures for 65% efficiency laser diodes in the 9xx nm range, Proc. SPIE, 2010, 7583, 75830J-1 - 75830J-8
• [17] Hasler K. H., Wenzel H., Crump P., Knigge S., Maasdorf A., Platz R., Staske R., Erbert G.: Comparative theoretical and experimental studies of two designsof high-power diode lasers, Semicond. Sci. Technol.2014, 29, 045010-1 - 045010-6
• [18] Borruel L., Sujecki .S., Rodriguez D., Wykes J., Krakowski M., Moreno P., Sewell P., Benson T. M., Larkins E. C., Esquivias I.: Beam filamentation and maximum optical power in high brightness tapered lasers, Proc. SPIE, 2003, 4986, 423 - 431
• [19] Leidner J. P., Marciante J. R.: Beam quality improvement in broad-area semiconductor lasers via evanescent spatial filtering, IEEE J. Quant. Electron., 2012, 48, 10, 1269 - 1274
• [20] An H., Xiong Y., Jiang C-L., Schmidt B., Treusch G., Methods for slow axis quality improvement of high power broad area diode lasers, Proc. SPIE, 2014, 8965, 89650U-1 - 89650U-8
• [21] Sun W., Pathak R., Campbell G., Eppich H., Jacob J. H., Chin A., Fryer J.: Higher brightness laser diodes with smaller slow axis divergence, Proc. SPIE, 2013, 8605, 86050D-1 - 86050D-9
• [22] Marshall W. and Katz J.: Direct analysis of gain-guided phase-locked semiconductor laser arrays, IEEE J. Quantum Electron., 1986, 22, 6, 827 - 832
• [23] Chaly V. P., Karpov S. Y., Ter-Martirosyan A. L., Titov D. V., Guo W. Z.: Mechanisms of optical confinement in phase-locked laser arrays, Semicond. Sci. Technol., 1996, 11, 372 - 379
• [24] Sobczak G., Maląg A.: Optimization of phase-locked arrays geometry for high-brightness laser systems, Optoelectron-Rev., 2012, 20, 2, 134 - 137
• [25] Sobczak G., Dąbrowska E., Teodorczyk M., Krzyżak K., Kalbarczyk J., Maląg A.: Improvement to the lateral mode stability in high-power laser diodes by multistripe-gain distribution, IEEE J. Quant. Electron., 2014, 50, 11, 890 - 897