1160 nm波段垂直外腔面发射半导体激光器(VECSEL)是医用橙黄激光的基频光源,但是其发光区的高应变InGaAs量子阱会引起严重的应变积累效应,限制高功率输出。提出一种在单个发光区内采用GaAsP材料对高应变InGaAs量子阱进行二次补偿的方法,保证发光区内的光学吸收层具有高的材料生长质量。提出含Al吸收层的结构,以降低GaAsP势垒引起的能带阻挡效应,提高了发光区光生载流子的注入效率。所制备的VECSEL器件激光波长为1160 nm,输出功率达1.02 W,并获得圆形对称的输出光斑形貌,光斑在正交方向上的发散角分别为10.5°和11.9°。

报道了 910 nm高峰值功率垂直腔面发射半导体激光器列阵(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)的设计方法及测试结果。所制备的 910 nm VCSEL列阵在准连续工作时激光功率达到 2W; 在重复频率 10 kHz,脉冲宽度 30 ns,工作电流 60 A的电脉冲驱动条件下, VCSEL列阵峰值输出功率达到 25.5 W。随着工作电流的增加, VCSEL列阵输出的激光光谱呈现明显的展宽现象,证实 VCSEL列阵即使在窄脉冲工作时大的电流驱动仍然会产生严重的内部热效应; VCSEL列阵输出激光的光脉冲波形在驱动电流增大至 60 A时脉宽仅展宽了 6 ns左右,证实 VCSEL阵列具有非常优越的脉冲响应特性。对 VCSEL列阵进行光束准直处理后,在 1m距离处得到了近圆形的均匀光斑。我们相信这种高功率的 910 nm面阵光源在未来汽车光探测测距(LiDAR)等智能驾驶领域具有很大的应用潜力。

设计了特定周期和占空比的非周期性高对比度光栅来实现光束的波前相位控制，进而实现对光束的多角度控制.在研究中，采用有限时域差分法模拟了特殊排列的非周期高对比度光栅，并获得了-10.644°,-21.176°,-28.307°,10.644°,21.447°和28.418°的光束控制角度.基于这种多角度控制的高对比度光栅阵列，提出了一种具有多角度光束控制的VCSEL光源，这种尺寸极小的宽角发射VCSEL光源系统能使激光雷达系统的结构紧凑化和微型化.

为了获得高稳定性的偏振光，研制了氧化孔区域为70 μm×10 μm 的非对称电流注入的矩形台面垂直腔面发射激光器(ACIR-VCSEL)。在室温下，注入连续直流电流，实验测试得到ACIR-VCSEL 的斜率效率为0.483 W/A，微分串联电阻为23.5 W。在电流注入过程中，ACIR-VCSEL 以稳定的平行于长边的偏振光输出，功率偏振比始终大于5。当电流为15 mA 时，功率偏振比的最大值为14。在相同的测试条件下，氧化孔径大小同为70 μm×10 μm 的环形电流注入矩形台面VCSEL (RCIR-VCSEL)的斜率效率为0.568 W/A，微分串联电阻为18.1 W，偏振功率比值最大值为9，最小值为2.6。RCIR-VCSEL 与ACIR-VCSEL 的输出特性相比，虽然RCIR-VCSEL 比ACIR-VCSEL 的斜率效率高，串联微分电阻小，但是ACIR-VCSEL 的偏振稳定性和最大偏振比值比RCIR-VCSEL 增强。