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 
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Changchun University of Science and Technology, Changchun 130021, China
4 TRUMPF GmbH + Co. KG, Ditzingen 71254, Germany
We report a wavelength-tunable multi-point pump scheme of the semiconductor disk lasers (SDLs). By designing an external cavity of SDL with an intra-cavity transmission grating, multiple pump gain regions share the same resonator. The effect of the intra-cavity grating on the output laser power, wavelength, and beam quality was investigated. The emission wavelength could be tuned over a bandwidth of . With multi-point pumping, we achieve the laser output power with almost no loss, and further improvement is limited by the thermal effect. The changes in the beam are due to the mode selectivity by the intra-cavity grating.
semiconductor disk laser wavelength tuning transmission grating multi-point pump Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 021401
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研究中心，北京 100049
光子晶体面发射激光器（PCSELs）可实现大面积单模激射，且具有高功率、高光束质量等优点，在光通信、激光雷达、激光打印、激光显示和激光加工等领域具有广泛的应用前景。因此，分析了具有面内多向分布反馈效应光子晶体激光器的带边激射原理、阈值增益，并结合半导体激光器速率方程推导了PCSELs输出光功率的表达式，同时给出了提高PCSELs光功率的方法，为研制高性能PCSELs提供了理论依据。
激光器 光子晶体面发射激光器 带边激射原理 阈值增益 速率方程 高功率 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0314004
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
1 中国科学院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研究中心, 北京 100049
光子晶体面发射激光器(PCSEL)是一种可以实现极低发散角(小于1°)、高功率激光输出的新型半导体激光器,在激光雷达、空间通讯、传感和激光加工等领域有着重要的应用前景。由于产生谐振的方式不同,其可分为缺陷模式和带边模式两种类型,其中带边模式光子晶体面发射激光器具有更好的单模特性且易于二维集成等优点。鉴于此,简述带边模式光子晶体面发射激光器的基本原理与研究进展,在理论推导和几个实例的基础上,对如何提高带边模式光子晶体面发射激光器的输出功率进行论述,并提出一种新的功率增强方法,最后对带边模式光子晶体面发射激光器的发展趋势进行展望。
激光器 光子晶体 带边模式 面发射激光器 高功率
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A modified spectral beam combining (SBC) approach based on double asymmetrical filters was proposed. By using this scheme, the high-order lateral modes at the edge of the far-field pattern can be suppressed in the external cavity, and the beam quality in the slow-axis direction was improved from 16.1 to 13.4 compared to the conventional SBC. In the meanwhile, the electrical-to-optical efficiency from the modified SBC was more than 40% with an output power of 34.1 W, which is similar to that of the conventional SBC.
140.3298 Laser beam combining Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 011401
Author Affiliations
Abstract
1 State Key laboratory of Luminescence and Application, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Suzhou Everbright Photonics Co., Ltd, Suzhou 215000, China
Broad-area diode lasers usually supply high output power but low lateral beam quality. In this Letter, an on-chip combined angled cavity is proposed to realize narrow lateral far field patterns and high brightness. The influence of included angles, emitting facets on output power, and beam quality are investigated. It demonstrates that this V-junction laser is able to achieve a single-lobe far field at optimal cavity length with a 3.4 times improvement in brightness compared with Fabry–Perot (F-P) cavity lasers. The excited high-order modes at a high injection level reduce the brightness, but it is still 107% higher than that of F-P lasers.
140.3070 Infrared and far-infrared lasers 140.5960 Semiconductor lasers 140.3295 Laser beam characterization Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 081402
1 长春理工大学电子信息工程学院,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, 吉林 长春 130033
3 长春机械科学研究院有限公司, 吉林 长春 130103
半导体宽谱激光在传感、光谱学等领域有着重要的应用.传统半导体宽谱激光器主要采用宽增益材料和全反射波导, 采用简单量子阱结构制备宽谱激光器一直是个难题.作者首次证明了一种基于布拉格反射波导一维光子晶体的新型量子阱宽谱激光器, 其结构主要包括InGaAs/GaAs量子阱和上下布拉格反射镜, 通过偏离解理实现激光输出.研究发现在偏离角7°时, 器件展现宽谱超辐射发光二极管特性, 4.4°偏离角时实现了宽光谱激光输出, 光谱宽度达到33.7 nm, 连续输出功率36 mW.本研究为探索新型量子阱宽谱激光器提出了一种新的技术途径.
半导体激光器 量子阱 宽光谱 光子晶体 布拉格反射波导 semiconductor lasers quantum well broad spectrum photonic crystal Bragg reflection waveguide
