Different methods used to reduce temperature increase within the active region of vertical-external-cavity surface-emitting lasers (VECSELs) are described and compared with the aid of the self-consistent thermal finite-element method. Simulations have been carried out for the GaInNAs/GaAs multiple-quantum-well (MQW) VECSEL operating at room temperature at 1.31 µm. Main results are presented in form of "thermal maps" which can be simply used to determine maximal temperature of different structures at specified pumping conditions. It has been found that these maps are also appropriate for some other GaAs-based VECSELs and can be very helpful especially during structure designing. Moreover, convective and thermal radiation heat transfer from laser walls has been investigated.
The paper is devoted to a numerical analysis of an influence of a pumping beam diameter on output power of optically pumped vertical-external-cavity surface-emitting lasers. Simulations have been carried out for a structure with a GaInNAs/GaAs active region operating at 1.32 μm. Various assembly configurations have been considered. Results obtained show that laser power scaling is strongly affected by thermal properties of the device.
A key problem to be solved during designing productive diode lasers and their lasing arrays is their proper thermal management enabling efficient high-power operation. Strictly speaking, the above demand leads to optimization of their structures to enhance lasing performance for high operation currents. It is well-known that deterioration of laser performance is mostly induced by excessive temperature increases within their volumes. In diode-laser arrays, additionally thermal crosstalk between array emitters should be taken into account. In the present paper, physics of heat-flux generation within the laser-diode volume and its extraction from it is analysed and described with the aid of our self-consistent simulation procedure. Then their thermal optimization is discussed including a proper design of a heat-flux generation within the laser volume, enhancement of its transport towards a laser heat-sink and, additionally in laser arrays, reduction of a thermal crosstalk between individual array emitters. The analysis is carried out using modern nitride edge-emitting ridge-waveguide lasers and their one-dimensional arrays as well as arsenide semiconductor disk lasers as typical examples of modern diode-laser designs. Physical processes responsible for heat-flux generation within these devices and heat-flux extraction from their volumes are analysed and an impact of some construction details on these processes is explained.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono projekt azotkowego lasera typu VECSEL z obszarem czynnym InGaN/GaN przeznaczonego do generacji promieniowania o długości fali ok. 450 nm. Do pompowania zaproponowano matrycę laserów azotkowych pracującą na fali ciągłej. Dzięki temu prezentowany laser potencjalnie również umożliwia emisję promieniowania w reżimie ciągłym w odróżnieniu od dotychczas zademonstrowanych konstrukcji tego typu. Ponadto, użycie źródła pompującego cechującego się większą długością emitowanej fali niż stosowane do tej pory w tym celu lasery barwnikowe, azotowe i Nd:YAG pozwala zredukować defekt kwantowy i poprawić własności cieplne całego przyrządu. Dzięki wykorzystaniu układu zapewniającego osiem pełnych przebiegów wiązki pompującej przez obszar czynny możliwe jest uzyskanie całkowitej sprawności konwersji mocy pompującej na moc emitowaną rzędu 26%.
EN
A concept of the nitride-based VECSEL with the InGaN/GaN active region designed to generate radiation around 450 nm has been presented. An array of nitride-based continuous-wave laser diodes has been proposed to pump the quantum wells in the active region. This enables a continuous-wave operation of the presented laser, in contrast to the nitride VECSELs demonstrated so far. Moreover, using a nitride-based array instead of dye, N2 or Nd:YAG lasers results in reduction of the quantum defect, which contributes to better thermal properties of the device. The external efficiency as high as 26% can be achieved by using a multi-pass pump setup.
W pracy przedstawiono wyniki modelowania zjawisk elektryczno-cieplnych w diodzie elektroluminescencyjnej emitującej promieniowanie w zakresie bliskiego ultrafioletu i wykonanej na bazie azotku galu. W szczególności skupiono się na sprawdzeniu wpływu na pracę modelowanego przyrządu takich parametrów jak: szerokość kontaktów, położenie kontaktów, szerokość mesy, głębokość trawienia mesy, grubość podłoża. Otrzymane wyniki pozwoliły wybrać do dalszych prac technologicznych rozwiązania konstrukcyjne rokujące otrzymanie przyrządu o dobrych parametrach eksploatacyjnych.
EN
In the present paper presents results of modelling of thermal and electrical processes in the GaN-based electroluminescent diode emitting in the near-ultraviolet range. An influence of design parameters, such as: thickness and position of contacts, etching depth and thickness of mesa, thickness of the substrate, on the device operation has been analyzed. The obtained results enable to choose promising designs providing good operation properties of the considered device which may be a subject of further technological research.
This paper presents the results of a numerical analysis of nitride-based edge-emitting lasers with an InGaN/GaN active region designed for continuous wave room temperature emission of green and blue light. The main goal was to investigate whether the indium thin oxide (ITO) layer can serve as an effective optical confinement improving operation of these devices. Simulations were performed with the aid of a self-consistent thermal-electrical-optical model. Results obtained for green- and blue-emitting lasers were compared. The ITO layer in the p-type cladding was found to effectively help confine the laser mode in the active regions of the devices and to decrease the threshold current density.
W niniejszej pracy omówiona została możliwość wykorzystania monolitycznych podfalowych siatek dyfrakcyjnych o wysokim kontraście współczynnika załamania światła (siatek MHCG) jako zwierciadeł w azotkowych laserach VCSEL. Odpowiednio zaprojektowane siatki MHCG mogą cechować się bardzo wysoką odbijalnością. W pracy podano parametry geometryczne siatki MHCG wykonanej z azotku galu i zaprojektowanej na 414 nm, dla której odbijalność przekracza 99,99%. Zakres długości fal, dla których odbijalność takiego zwierciadła przekracza 99% jest wyraźnie większy niż dla zwierciadeł DBR wykonanych z materiałów azotkowych stosowanych w konstrukcjach niebieskich laserów VCSEL.
EN
In this paper we present idea of using monolithic high contrast grating (MHCG) as mirrors in nitride VCSELs. This solution can make nitride VCSEL production easier. Properly designed MHCG made of gallium nitride can be highly reflective structure. We present construction of GaN MHCG mirror designed for 414 nm which for reflectance is higher than 99.99%. The range, where reflectance of MHCG is higher than 99% is much wider than for nitride DBRs.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.