1 长春理工大学物理学院 高功率半导体激光国家重点实验室， 吉林 长春 130022
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
3 吉光半导体科技有限公司， 吉林 长春 130031
如今，人们对研究耦合腔面发射激光器结构的兴趣逐渐增加。这种结构通过向主腔施加调制电的同时向每个反馈腔施加直流电来实现带宽提升。然而，单独驱动主腔对器件性能的影响尚未得到深入研究。为了更全面地了解耦合腔激光器，我们设计并制备了边长为30 μm×30 μm的方形横向耦合腔VCSEL，并研究了在方形横向耦合腔中单独驱动主腔时器件性能的变化。室温下，-3 dB带宽达30.1 GHz，在非归零调制下，在背对背传输速率40 Gbit/s时获得清晰的眼图，相对强度噪声值为-160 dB/Hz。证明了反馈腔在不加驱动的条件下仍会对主腔的性能提供正向作用。设计的TCC-VCSEL器件只需要一个电源驱动，使其适用于高密度集成，为封装集成应用提供了新的思路。
垂直腔面发射激光器 横向耦合腔 高速 vertical-cavity surface-emitting lasers（VCSEL） transverse coupled cavity high-speed
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
1 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
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
3 吉光半导体科技有限公司，吉林 长春 130033
850 nm的垂直腔面发射激光器（VCSEL）是短距离光互连的核心光源。随着对数据中心流量的需求增加，实现不归零（NRZ）调制高速无误码传输是目前的研究热点。本文设计制备了基于λ/2短腔和六层氧化限制层的高速850 nm VCSEL，室温下最高-3 dB带宽达到23.8 GHz。NRZ调制50 Gbit/s（1 m）和40 Gbit/s（100 m）速率下获得清晰的眼图。在未使用预加重、均衡和前向纠错的条件下，通过NRZ调制在1 m和100 m下无误码传输速率分别为40 Gbit/s和30 Gbit/s。
850 nm VCSEL NRZ调制 高速 器件制备 850 nm VCSEL NRZ modulation high speed device fabrication
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 130031
高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、激光雷达、空间通讯及**等领域具有重大需求，但传统器件面临发散角大、光束质量差、亮度低的难题，限制了其直接应用。宽区半导体激光器具有输出功率和转换效率高的优点，但其侧向模式受多种物理效应的影响，高电流下激射模式数很大，导致远场宽度随电流增大迅速展宽，光束质量非常差，成为制约半导体激光亮度提高的关键瓶颈难题。因此，需要对半导体激光器的侧向模式进行控制。本文首先从半导体激光器的侧向模式影响机制出发，分析了其侧向模式特性及光场分布与器件结构的关联关系；接着，介绍了目前主要的侧向模式控制技术，通过抑制高阶模式及侧向远场展宽，实现光束质量的改善及激光亮度的提升。采用先进的侧向模式控制技术，可从芯片层次发展新型的高亮度半导体激光器，有利于拓展半导体激光器应用领域及降低应用成本，具有重要的研究意义。
半导体激光 侧向模式 光束质量 高亮度 低发散角 diode laser lateral mode beam quality high brightness low divergence angle
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
制备了不同氧化孔径的940 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL），选取氧化孔径为3，6，9 μm的VCSEL进行了测试表征分析。氧化孔径为3，6，9 μm的VCSEL的最高输出功率分别为2.92，6.79，10.49 mW，调制带宽分别为27.65，23.34，20.56 GHz。此外，氧化孔径为3 μm的VCSEL在整个工作电流下都可实现单模工作，氧化孔径为6 μm和9 μm的VCSEL在较大电流下呈现少模和多模特性。最后，选取3 μm氧化孔径的VCSEL进行数据传输测试，在非归零（NRZ）码下实现了传输速率53 Gbit/s。
垂直腔面发射激光器 高速 单模 vertical cavity surface emitting laser（VCSEL） high speed single mode
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
5 空军装备部驻长春地区军事代表室, 吉林 长春 130033
垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有生产成本低、调制速率高等优点, 在光通信领域占有重要地位。随着数据需求量的飞速增长, 在长距离信息传输中, 具有低损耗的1 550 nm 波长的VCSEL引起了研究人员的兴趣。本文首先介绍了1 550 nm VCSEL的结构, 然后讨论了其带宽限制因素以及相应的改进方法, 接着从NRZ(不归零)调制和PAM4(四电平脉冲幅度)调制两方面对近年来高速1 550 nm VCSEL的研究进展进行了综述, 最后展望了高速1 550 nm VCSEL在未来光通信领域的发展和应用。
高速垂直腔面发射激光器(VCSEL) 不归零调制(NRZ) 四电平脉冲幅度调制(PAM4) 1 550 nm 1 550 nm high-speed vertical cavity surface emitting laser( non-return to zero modulation(NRZ) four-level pulse amplitude modulation(PAM4)
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 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
功率低是限制中红外光纤激光器实际应用的一个关键因素，功率提升对于拓展其应用范围具有非常重要的意义。报道了2 W级近单模3.5 μm光纤激光实验装置，即采用976 nm和1973 nm两个波长的泵浦光源级联泵浦铒掺杂氟化物光纤(Er∶ZBLAN)，实现了3.5 μm激光输出。为了进一步提升激光输出功率，采用双向抽运方法，最终实现的室温下连续输出的最高功率为2.32 W。激光激射阈值约为1.5 W，激光器工作时总的光光转换效率为10.33%，中心波长为3.54 μm，激光器工作模式为近单模，光束质量因子(M2)小于1.5。
激光器 中红外激光 光纤激光 双向泵浦 氟化物光纤 中国激光
2022, 49(18): 1801001
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；中国科学院大学 材料科学与光电研究中心，北京 100049
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
垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低成本、低阈值、高速率和低功耗等优点，在短距离光互连中有着重要的应用。随着大数据、超级计算机技术的发展，短距离光互连性能需求越来越高，从而对高速调制的850 nm VCSEL技术提出了更高要求。从带宽限制机理、调制新方法两方面详细回顾了高速850 nm VCSEL技术最新进展，对技术发展趋势进行了总结与展望。
垂直腔面发射激光器 高速 脉冲幅度调制 VCSEL high speed PAM modulation 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201077
