Thermal problems in arsenide VECSELs

Abstract

Different aspects of thermal management of GaAs-based vertical-external-cavity surface-emitting lasers (VECSELs) are described and analyzed by example of typical configurations of GaInNAs/GaAs multiple-quantum-well (MQW) VECSEL. Simulations of two-dimensional heat-flux spreading within investigated structures have been carried out with the aid of the self-consistent thermal finite-element method. Influence of pumping-beam and heat spreader properties on maximal temperature increase have been studied and different heat management techniques have been compared.

W pracy zostały opisane i przeanalizowane wybrane aspekty dotyczące własności cieplnych optycznie pompowanych laserów półprzewodnikowych o emisji powierzchniowej z zewnętrzną pionową wnęką rezonansową (VECSELs, ang. vertical-external-cavity surface-emitting lasers) na podłożu z GaAs. Obliczenia wykonano dla typowych konfiguracji montażowych lasera typu VECSEL z obszarem czynnym w postaci wielokrotnej studni kwantowej wykonanej w systemie materiałowym GaInNAs/GaAs. Do symulacji dwuwymiarowego rozpływu ciepła wykorzystano samouzgodniony model cieplny oparty na metodzie elementów skończonych (MES) , przy pomocy którego porównano własności cieplne poszczególnych struktur oraz określono wpływ parametrów wiązki pompującej (moc, średnica) i heat spreadera (przewodność cieplna, grubość) na maksymalny przyrost temperatury w ich wnętrzach.