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王伟
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- 所属机构:中国科学院近代物理研究所
- 所在地区:甘肃省 兰州市
- 研究方向:理学
- 发文基金:国家自然科学基金
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- 大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)在激光泵浦、激光测距、激光雷达等领域有广泛的应用前景,但目前的常规激光器材料结构尚未针对大功率激光输出进行优化设计。特别是为获得大功率激光输出所采用的大出光窗口导致的激光光束质量劣化成为限制其应用发展的核心问题之一。针对上述问题对激光器材料结构与器件结构进行了两方面的新结构设计和研制:(1)以实现大功率激光输出为目标,材料结构设计上对出光窗口一侧的N-DBR反射率进行了调整,以具有99.3%反射率的n-DBR替代常规结构中所采用的99.7%以上反射率。与常规材料结构相比,采用优化后的材料结构制备的直径500μm出光孔径的单管器件在注入电流110 A时激光输出功率达到102 W,而单元出光窗口直径100μm的5×5阵列在100 A电流下的激光输出功率为103 W,单元直径为140μm的8×8阵列在130 A注入电流下的激光输出功率达到115 W;(2)针对大出光窗口导致的光束质量劣化,通过湿法化学刻蚀研制了直接集成在出光窗口表面的微透镜结构,单元出光窗口直径为90μm的6×6阵列器件在4 A注入电流下的激光光束发散角压缩到6.6°,与未集成微透镜时的14.8°相比有了大幅改善。实验结果表明:降低n-DBR反射率及集成微透镜结构有效地改善提高了大功率垂直腔面发射激光的输出功率和激光光束质量。
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- 本文针对目前世界上被广泛使用的局部电极原子探针的样品及局部电极几何结构,通过有限元方法,结合多物理场仿真技术,研究了局部电极与针状样品的距离z、样品尖端曲率半径ρ、局部电极的入口直径φ、厚度w、开口角度α和入口长度h等参数对样品尖端附近的局部电场的影响。模拟结果表明:当z与φ的取值满足z/φ≥1时,既能在样品尖端得到较高的蒸发电场强度,又能降低局部电极对离子轨迹的影响;局部电极的厚度w和开口角度α的取值对样品尖端的电场影响较小;增大局部电极入口长度h的值有利于提高样品尖端电场强度;随着原子的蒸发(样品尖端曲率半径ρ增大),为维持原子蒸发所需的电场强度,施加在样品上的电压V与样品尖端的曲率半径ρ成正比,且所需维持的电场强度越高,施加的电压V越大。
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