[发明专利]一种激光器芯片腔面微缺陷的损伤发展预测方法

说明书

本发明属于半导体激光器领域；激光器腔膜损伤发展的预测研究目前还比较匮乏，现阶段多是对损伤完成以后的腔膜进行观测，分析和研究，因而分析的既成损伤是随机的，并没有规律可循，无法对损伤的发展做出精准的直观的预测，本发明提供一种激光器芯片腔面微缺陷的损伤发展预测方法，根据对样本的整理分析建立缺陷几何结构建模并进行仿真，获取缺陷处光强值，再对阈值进行预测，得到带微缺陷的损伤阈值损伤阈值，由能量传递原理对缺陷的损伤发展进行迭代预测分析，以直观的方式显示了缺陷带来的电磁场的变化。对激光器芯片的生产加工以及应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于半导体激光器领域，更具体的说，涉及一种激光器芯片腔面微缺陷的损伤发展预测方法。

背景技术

近年来，由于激光器能够传递信息和能量，而且具有传播距离远，能量衰减慢的特点，被广泛地应用于通信领域，科研军事以及仪器传感等方面。由加工过程给激光器芯片腔膜带来的一定密度的杂质以及随着电离过程中自由电子浓度的上升，都会对激光器腔膜带来损伤，即本征损伤和非本征损伤。但是，近年来，由于加工工艺的不断完善，由其带来的热致非本征损伤已经可以限制在一个很小的范围之内，而且激光器越来越朝着微型，高集合方向发展。因而，目前对于激光器芯片腔膜的损伤的研究主要集中在电离过程引起的本征损伤的研究。

对激光器腔膜损伤发展的预测研究目前还比较匮乏，现阶段多是对损伤完成以后的腔膜进行观测，分析和研究，因而分析的既成损伤是随机的，并没有规律可循，无法对损伤的发展做出精准的直观的预测。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种激光器芯片腔面微缺陷的损伤发展预测方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种激光器芯片腔面微缺陷的损伤发展预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1. 基于自由电子的电离过程，构建自由电子密度的变化公式如下：

其中，N（t）—自由电子密度，t—时间，n_e（t）—受激自由电子密度，I（t）—入射激光光强度(W/cm²)，W_PI（I（t））—光致电离率(s^-1·cm^-2)，W_II（I（t））—碰撞电离率（s^-1·cm^-3）；W_rel（n_e（t），t）—离子体能量衰减项(s^-1·cm^-3)。

步骤2. 根据激光器芯片腔膜损伤后的样本整理分析，将缺陷分为微划痕、微裂纹、微凹坑，并分别对缺陷模型进行激光辐照下的仿真。

步骤3. 模拟激光辐照下的缺陷物体的电场散射状态，获取缺陷处的电场分布：在FDTD Solutions中直接设置入射激光光源的入射角度，对缺陷分别进行激光辐照仿真，模拟激光器的工作过程。

步骤4. 根据步骤3中获取的最大电场求取芯片腔膜处的光强，再将光强数据代入步骤1中确定的自由电子密度公式中，计算带缺陷的激光器芯片腔面的最大自由电子密度，光强计算公式如下：

其中，ε为介电常数；μ为磁导率；E为电场强度。

步骤5. 将步骤4中获得的自由电子密度与临界自由电子密度n_cr比较，当自由电子密度与临界自由电子密度n_cr相等时，记此时的光强为I_th，将I_th对应的的激光能量密度作为损伤阈值，记为F_th。计算带微缺陷的激光器芯片腔膜的损伤阈值F_th，公式如下：