作者单位
摘要
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, Bimberg中德绿色光子学研究中心, 吉林 长春  130033
2 中国科学院大学, 北京  100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春  130033
4 柏林工业大学 固体物理研究所, 纳米光学中心, 德国柏林  D-10623
光子晶体面发射激光器(PCSEL)利用二维光子晶体光栅的布拉格共振实现面发射激光,具有其独特的优势,包括单模性能、在片测试、高功率、低发散角等。相比垂直腔面发射激光器(VCSEL),PCSEL有将近两倍的有源区光限制因子,展现出高速运行的潜力。本文探讨了PCSEL的基本结构和工作原理,并详细分析了影响PCSEL激光器实现高速性能的关键因素。随后,文章系统地介绍了近年来研究者们为实现PCSEL高速性能所做的努力,重点聚焦于通过增强PCSEL的面内限制来缩小激光腔,并提供了相关的研究方向和指导。
光子晶体 高速 面发射激光器 photonic crystal high-speed surface-emitting laser 
发光学报
2024, 45(3): 484
于慧娟 1,2王玉冰 1,*赵树华 1,2张明时 1,2[ ... ]王立军 1
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学光电学院,北京 100049
在应用于自动驾驶的相位调制连续波(PhMCW)激光雷达测距系统中,测量中频(IF)信号的脉冲宽度是关键问题,时间数字转换器(TDC)模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小,且实现大测量范围时系统复杂度高,难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块,采用基于现场可编程门阵列(FPGA)的严格计数链法,在保证比较高的测量精度的前提下,增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围,设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围,对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试,获得了最佳为26.42 ps的测量精度,对应测距精度为3.96 mm,优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析,证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后,搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证,实现了0.3~7 m飞行时间探测,从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。
遥感 激光雷达 现场可编程门阵列 时间数字转换器 相位调制连续波 中频信号 
中国激光
2024, 51(8): 0810002
董一甲 1,2刘杰 1赵欣瑞 1,2林星辰 1[ ... ]朱洪波 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
采用具有模式转换和无损传输特性的三模非模式选择光子灯笼(PL)实现了976 nm波长的半导体激光的相干合束。相对于半导体激光常规空间孔径相干合束的方式,所提合束光场不会产生旁瓣,且能拥有较高的光束质量。通过仿真PL合束特性,搭建合束实验系统,最终976 nm波长的半导体激光基模输出功率达99.7 mW,转换效率为33.2%。实验结果表明,此合束系统实现了模式转换,使半导体激光能够以基模输出,展现了一种有潜力的半导体激光相干合束的方法。
半导体激光 光子灯笼 相干合束 相位调控 光纤模式 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514006
Yixuan Zhu 1,2Shenqiang Zhai 1,2,3Kun Li 1,2Kai Guo 1,2[ ... ]Junqi Liu 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 e-mail: zsqlzsmbj@semi.ac.cn
In this paper, a patch-antenna-array enhanced quantum cascade detector with freely switchable operating modes among mid-wave, long-wave, and dual-color was proposed and discussed. The dual-color absorption occurs in a single active region through an optimized coupled miniband diagonal-transition subbands arrangement, and a successful separation of the operation regimes was realized by two nested antenna arrays with different patch sizes up to room temperature. At 77 K, the 5.7-μm channel achieved a peak responsivity of 34.6 mA/W and exhibited a detectivity of 2.0×1010 Jones, while the 10.0-μm channel achieved a peak responsivity of 87.5 mA/W, giving a detectivity of 5.0×1010 Jones. Under a polarization modulation of the incident light, the minimum cross talk of the mid-wave and the long-wave operating modes was 1:22.5 and 1:7.6, respectively. This demonstration opens a new prospect for multicolor infrared imaging chip integration technology.
Photonics Research
2024, 12(2): 253
Yongqiang Sun 1,2,3Guangzhou Cui 1,2,3Kai Guo 1,2Jinchuan Zhang 1,2,*[ ... ]Shenqiang Zhai 1,2,**
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Beijing100083, China
2 Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Beijing100083, China
3 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Sharing the advantages of high optical power, high efficiency and design flexibility in a compact size, quantum cascade lasers (QCLs) are excellent mid-to-far infrared laser sources for gas sensing, infrared spectroscopic, medical diagnosis, and defense applications. Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) is an important technology for growing high quality semiconductor materials, and has achieved great success in the semiconductor industry due to its advantages of high efficiency, short maintenance cycles, and high stability and repeatability. The utilization of MOCVD for the growth of QCL materials holds a significant meaning for promoting the large batch production and industrial application of QCL devices. This review summarizes the recent progress of QCLs grown by MOCVD. Material quality and the structure design together determine the device performance. Research progress on the performance improvement of MOCVD-grown QCLs based on the optimization of material quality and active region structure are mainly reviewed.
quantum cascade lasers continuous wave high optical power metal organic chemical vapor deposition broad gain 
Journal of Semiconductors
2023, 44(12): 121901
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
高功率650~660 nm波段激光器在可见光光电对抗领域具有重要作用,目前该波段光源由固体激光器通过半导体激光器泵浦并倍频输出,输出功率高、光束质量近衍射极限,但转换效率低。半导体激光器的转换效率高,但输出功率低,需要通过增加激光单元的方法提升功率,并通过激光合束的方式提升光束质量。文中提出外腔光谱合束的650 nm波段半导体激光器结构,通过实验验证可实现连续功率为7.3 W、光谱线宽为6.45 nm、电光转换效率为23.4%的650 nm波段激光输出,光束质量为M2X=1.95,M2Y=11.11,接近固体激光器,未来通过增加合束的激光单元数量并结合偏振合束可以获得更高功率的650 nm波段激光。
半导体激光器 激光光源 光谱合束 高光束质量 semiconductor laser laser light source spectral beam combination high-beam quality 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230198
刘舒曼 1,2,*张锦川 1,2叶小玲 1,2刘俊岐 1,2[ ... ]刘峰奇 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
基于锑化物的带间级联激光器同时具有带间跃迁的高增益和级联结构的高量子效率,是中红外波段重要的相干光源,其功耗低于其它中红外半导体激光器,因而单模带间级联激光器在基于激光吸收光谱技术的高分辨气体检测和化学传感等领域具有很大的优势。目前利用Bragg光栅实现波长选择的单模分布反馈带间级联激光器已经实现商品化,但是,与同样有源区结构的Fabry-Pérot腔带间级联激光器最高600 mW的出光功率相比,单模功率最高55 mW,损耗较大。对几种不同结构的分布反馈带间级联激光器的性能进行对比分析,探讨这类单模中红外激光器损耗的主要来源以及改进思路。此外,介绍了垂直腔面发射和光子晶体带间级联激光器的进展,并与分布反馈带间级联激光器的性能进行比较,讨论其优缺点及适用的场景。
中红外 单模 带间级联激光器 分布反馈 面发射激光器 Mid-infrared Single-mode Interband cascade lasers Distributed feedback Vertical emitting lasers 
光子学报
2023, 52(10): 1052403
Xiyu Lu 1,2Yanjiao Guan 1,2Pengchang Yang 1,2Shan Niu 1,2[ ... ]Junqi Liu 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
To facilitate the development of on-chip integrated mid-infrared multi-channel gas sensing systems, we propose a high-power dual-mode (7.01 and 7.5 μm) distributed feedback quantum cascade laser based on stacked 3D monolithic integration. Longitudinal mode control is achieved by preparing longitudinal nested bi-periodic compound one-dimensional Bragg gratings along the direction of the cavity length in the confinement layer. Additionally, transverse coherent coupling ridges perpendicular to the cavity length direction are fabricated in the upper waveguide layer to promote the fundamental transverse mode output when all ridges are in phase. Stable dual-wavelength simultaneous emission with a side-mode suppression ratio of more than 20 dB was achieved by holographic exposure and wet etching. The entire spectral tuning range covers nearly 100 nm through joint tuning of the injection current and heat-sink temperature. High peak power and beam quality are guaranteed by the parallel coherent integration of seven-element ridge arrays. The device operates in a fundamental supermode with a single-lobed far-field pattern, and its peak output power reaches 3.36 W in pulsed mode at 20°C. This dual-mode laser chip has the potential for in-situ on-chip simultaneous detection of CH4 and C2H6 gases in leak monitoring.
Photonics Research
2023, 11(12): 2113
作者单位
摘要
1 长春中科长光时空光电技术有限公司,吉林 长春 130102
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室,吉林 长春 130033
首次报道了连续输出功率>1 W、脉冲输出功率>10 W的1550 nm波长垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)阵列。对1550 nm VCSEL激光器单个发光单元的热阻特性进行了分析,建立了基于热阻分析及可变产热量的VCSEL阵列热模型,优化了VCSEL发光单元间距,在理论上保证了阵列内部具有均匀的温度分布。制备了发光单元边缘间距为30 μm的高密度集成1550 nm波长VCSEL阵列,并对其在连续工作及脉冲电源驱动条件下的输出特性进行了测试分析。当VCSEL阵列的工作温度为15 ℃时,最高连续输出功率达到1.05 W;即使工作温度增加至65 ℃,VCSEL的最高连续输出功率仍能达到0.42 W。在脉宽为5 μs、重复频率为1 kHz的脉冲条件下,VCSEL在15 ℃时的最大峰值功率达到10.5 W,此时VCSEL呈现出热饱和现象。当脉冲功率为10.5 W时,阵列远场的光斑仍然呈圆形对称形貌,两个正交方向上的远场发散角分别为26.69°和26.98°。
激光器 1550 nm 垂直腔面发射激光器阵列 高功率 人眼安全 激光雷达 
中国激光
2023, 50(19): 1901008
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 吉光半导体科技有限公司,吉林 长春 130022
3 东莞方孺光电科技有限公司,广东 东莞 523822
4 陆军装备部驻北京地区军事代表局,北京 100166
针对目前铜、金等金属材料加工的实际应用需求,开展了连续输出功率500 W的光纤耦合输出蓝光半导体激光加工光源研究。基于平面窗口TO封装的蓝光半导体激光单管器件,设计采用长后工作距的快轴准直镜和慢轴准直镜分别准直,获得低发散角、高光束质量的单元准直光束;结合二维空间合束、偏振合束和光纤耦合,将144个蓝光单管器件耦合进200 μm/NA 0.22光纤,通过ZEMAX软件对半导体激光光路进行光线追踪模拟;并从实验上实现,3 A电流驱动下,200 μm/NA 0.22光纤输出连续功率523 W,电光转换效率29 %。该激光光源具有直接加工铜、金等材料的能力。
蓝光半导体激光器 光纤耦合 激光合束 激光加工 blue diode laser fiber-coupled laser beam combination laser processing source 
发光学报
2023, 44(7): 1308

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!