MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006386
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620
■1001  ▼aWang,  Luyang.
■24510▼aDefect  Characterization  of  High-Power  Diode  Lasers?  Facets  and  Cavities
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a137  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Pipe,  Kevin  P.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aDiode  lasers  are  widely  used  in  various  aspects  of  daily  life,  including  medical  devices,  industrial  manufacturing,  and  fiber-optic  communication,  owing  to  their  high  optical  output,  excellent  beam  quality,  high  efficiency,  spectral  coherence,  and  compact  size.  For  high-power  diode  lasers,  the  three  most  critical  performance  metrics  are  maximum  optical  power  output,  efficiency,  and  device  lifetime.  However,  all  of  these  are  fundamentally  limited  by  degradation  processes  that  occur  within  the  chip  during  laser  operation.  These  degradation  processes  are  typically  classified  into  three  categories:  rapid  degradation,  gradual  degradation,  and  catastrophic  optical  damage  (COD).  Each  of  these  modes  is  closely  linked  to  the  formation  and  evolution  of  defects,  either  on  the  front  facet  or  within  the  laser  cavity.  Therefore,  investigating  the  mechanisms  behind  defect  formation  and  propagation  is  essential  for  understanding  the  degradation  behavior  of  diode  lasers  and  offers  valuable  insights  for  developing  strategies  to  enhance  device  reliability  and  increase  optical  power  without  accelerating  failure.In  this  dissertation,  defect  formation  and  evolution  were  monitored  using  non-destructive  methods  to  characterize  both  facet  and  cavity  defects  in  diode  lasers.  Given  the  well-established  correlation  between  non-radiative  defects  and  localized  heating,  thermal  maps  of  the  device's  front  facet  can  yield  valuable  information  on  the  formation  and  progression  of  small  point  defect  clusters  at  or  near  the  facet  during  laser  aging.  To  capture  this  information,  a  high-spatial-resolution  CCD-based  thermoreflectance  technique  was  employed  to  profile  the  thermal  behavior  of  the  device  facet  throughout  its  lifetime.  This  technique  offers  a  spatial  resolution  of  approximately  0.5  \uD835\uDF07\uD835\uDC5A  and  a  temperature  resolution  of  about  0.2  K.  Thermal  maps  collected  over  the  device  lifetime  revealed  that  the  average  temperature  rise  (Δ\uD835\uDC47)  of  the  active  region  increased  from  approximately  20  K  to  45  K  accompanied  by  the  formation  of  several  localized  hot  spots,  including  two  highly  concentrated  regions  that  emerged  just  before  and  after  catastrophic  optical  damage  (COD).  The  occurrence  of  COD  was  indicated  by  a  sudden  loss  of  68%  of  the  original  optical  output  power.  These  concentrated  hot  spots  were  found  to  correlate  with  localized  loss  of  light  emission.  However,  SEM  imaging  of  the  facet  presented  no  observable  morphological  changes,  suggesting  that  the  associated  defects  are  either  too  small  to  be  resolved  by  SEM  or  are  located  beneath  the  facet  surface.To  image  defect  formation  and  evolution  within  the  device  cavity,  an  in  situ  and  non-destructive  NIR  defect  imaging  technique  was  developed.  This  method  utilizes  broadband  NIR  emission  originating  from  the  core  layers  of  the  laser.  Because  its  wavelength  (\uD835\uDF06\uD835\uDC41\uD835\uDC3C\uD835\uDC45  ≥910  nm)  is  longer  than  the  absorption  edge  of  GaAs  (\uD835\uDF06\uD835\uDC3A\uD835\uDC4E\uD835\uDC34\uD835\uDC60  ≃870  nm),  this  emission  enables  defect  imaging  through  the  substrate,  even  when  the  substrate  is  opaque  at  the  lasing  wavelength  (\uD835\uDF06\uD835\uDC59\uD835\uDC4E\uD835\uDC60\uD835\uDC56\uD835\uDC5B\uD835\uDC54  ≃  790  nm).  The  technique  achieves  a  spatial  resolution  of  approximately  1  \uD835\uDF07\uD835\uDC5A.  Using  this  approach,  the  evolution  of  dark  line  defects  (DLDs)  during  aging  was  observed  in  7  out  of  9  devices.  Correlations  were  established  between  observed  defect  growth  characteristics  and  changes  in  key  device  parameters  such  as  optical  output  power  and  lasing  wavelength.  Results  show  that  gradual  degradation  is  associated  with  DLDs  that  slowly  propagate  from  pre-existing  dark  spots  present  in  the  device  interior  at  the  fresh  (unaged)  state,  rather  than  from  new  spots  formed  during  aging.  This  finding  suggests  the  potential  for  early-stage  screening  of  fresh  devices  based  on  initial  defect  signatures  to  predict  long-term  reliability.A  longitudinal  spatial  dependence  of  the  dark  line  defect  growth  velocity  was  observed  from  cavity  defect  images,  captured  using  the  NIR  defect  imaging  technique.  The  growth  rate  for  dark  line  defect  located  100  \uD835\uDF07\uD835\uDC5A  from  the  facet  is  approximately  3  times  higher  than  that  for  dark  line  defect  located  1000  \uD835\uDF07\uD835\uDC5A  from  the  facet.  This  observation,  along  with  the  known  non-uniform  distribution  of  photon  and  carrier  densities  along  the  laser  cavity,  driven  by  the  longitudinal  spatial  hole  burning  (LSHB)  effect,  motivated  an  investigation  into  the  underlying  mechanism  responsible  for  the  position  dependent  DLD  growth.  A  photon-accelerated  defect  growth  mechanism  is  proposed.  In  contrast  to  the  widely  accepted  recombination  enhanced  dislocation  glide  (REDG)  mechanism,  where  carrier  capture  is  the  primary  driver  of  defect  propagation,  the  proposed  mechanism  highlights  photon  absorption  as  the  dominant  contributor  to  defect  motion  in  diode  laser  devices.  This  does  not  exclude  the  role  of  carrier  capture;  rather,  it  suggests  that  both  processes  are  active,  with  photon-induced  energy  deposition  playing  a  leading  role  under  the  observed  conditions.  Nonlinear  regression  fitting,  performed  using  the  measured  DLD  growth  rates  and  the  simulated  photon  and  carrier  density  profiles,  confirms  that  photon  absorption  accounts  for  more  than  65%  of  the  contribution  to  DLD  propagation  near  the  facet  and  more  than  50  %  at  1000  \uD835\uDF07\uD835\uDC5A  from  the  facet,  providing  strong  support  for  the  proposed  photon-accelerated  growth  mechanism.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aElectrical  engineering
■650  4▼aMechanical  engineering
■653    ▼aDiode  laser
■653    ▼aLaser  degradation
■653    ▼aDefect  imaging
■653    ▼aThermoreflectance  microscopy
■653    ▼aDislocation  motions
■690    ▼a0537
■690    ▼a0548
■690    ▼a0544
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359900▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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