陈益航 1,2,3杨成奥 1,2,3王天放 1,2,3张宇 1,2,3[ ... ]牛智川 1,2,3
1 中国科学院半导体研究所 超晶格国家重点实验室, 北京
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京
3 中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东 青岛
锑化物半导体激光器是目前能够覆盖中红外波段的主要手段。锑化物半导体激光器经过多年的研究和发展, 已经逐渐的走向成熟。由于在这个波段具有很多气体分子的吸收峰以及具有较高透过率的大气窗口, 使得中红外锑化物半导体激光器在气体检测、材料加工以及自由空间光通信等领域具有重要的作用。
锑化物 中红外激光 气体检测 自由空间光通信 GaSb-based mid-infrared waveband gas detection free space optical communication
1 新加坡南洋理工大学 淡马锡实验室，新加坡 新加坡 637553
2 新加坡南洋理工大学 电子与电气工程学院，新加坡 新加坡 639798
3 海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口 571158
4 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
5 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
半导体锁模激光器产生的高重复频率的光脉冲序列在众多领域都有着广泛的应用，而对于绝大多数应用，一个固定而准确的重复频率是必须的。由于此种激光器的重复频率主要由激光器波导的有效折射率和腔长来确定，激光器制成以及解理时的不确定性就可能会给其重复频率带来偏差。为了弄清此种激光器的各种工作条件会怎样影响其重复频率从而对上述的偏差进行补偿，设计并制成了一种2 μm GaSb基单量子阱锁模激光器。激光器采用两段式结构（增益区，饱和吸收体区）并可以在高达60 ℃实现稳定的锁模工作模式。系统地记录了此激光器重复频率随偏置条件（增益区电流，饱和吸收体区电压）以及工作温度的变化规律，并且对产生这些变化的原因进行了分析。这些工作能够让人们更加清楚地认识锁模激光器的特性，从而更好地达到各种应用所需要的重复频率。
半导体锁模激光器 重复频率 GaSb基材料 2 μm波段 mode-locked semiconductor lasers repetition frequency GaSb-based material system 2 μm wavelength band 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201054
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
GaSb基光泵浦半导体碟片激光器(OP-SDLs)可以获得高光束质量和高功率的红外激光输出, 是近年来新型中红外激光器件研究领域的热点。文中介绍了GaSb基光泵浦半导体碟片激光器增益芯片的外延结构和工作原理, 综述了2 μm波段GaSb基泵浦半导体碟片激光器的研究进展, 讨论了该类激光器的波长扩展、功率提升、实现窄线宽短脉冲发射和有效热管理关键问题, 评述了性能发展的主要技术方向和应用前景。
GaSb基光泵浦半导体碟片激光器 热管理 高光束质量 GaSb based optically pumped semiconductor disk las 2 μm 2 μm thermal management excellent beam quality 红外与激光工程
2018, 47(10): 1003004
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3~4 μm波段中红外激光器在工业气体检测、医学医疗和自由空间光通信等诸多领域具有十分重要的应用。目前锑化物半导体带间级联激光器是实现中红外3~4 μm波段的理想方案。带间级联激光器(Interband Cascade Laser,ICL)可以看做是通过电子和空穴复合产生光子的传统二极管激光器以及通过引入多个级联区来提高电子注入效率的子带间量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)的融合。文中概要介绍了带间级联激光器的基本工作原理, 阐述了国际上主要研究单位包括俄克拉荷马大学、美国海军实验室、德国伍兹堡大学等带间级联激光器的发展历史, 介绍了国内单位包括中国科学院半导体所研制成功带间级联激光器的性能, 分析了该类激光器设计制备技术难点和及性能进一步提升优化的技术方案。
带间级联激光器 二类W型量子阱 中红外 GaSb基 interband cascade laser type-ⅡW quantum well mid-infrared GaSb-based 红外与激光工程
2018, 47(10): 1003003
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
2 μm波段GaSb基大功率激光器在诸多领域具有广阔的应用前景,如气体探测、医疗美容、激光加工等。基于功率提升, 综述和讨论了2 μm波段GaSb基激光器结构的发展过程, 介绍了目前国内外的研究状况, 讨论和分析了GaSb基激光器提升功率、效率的主要技术问题。并详细介绍了该领域近年来在传统激光器中引入的两种新结构, 分析了其技术优势。指出目前2 μm波段GaSb基大功率激光器面临瓶颈, 并讨论了其发展趋势。
大功率半导体激光 GaSb基 high power semiconductor laser 2 μm 2 μm GaSb-based 红外与激光工程
2018, 47(5): 0503003
Author Affiliations
Abstract
State Key Lab of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
This paper reviewed the development of optically pumped GaSb based semiconductor disk lasers (SDLs) emission at 2 μm wavelength region from the aspects of wavelength extending, power scaling, line-width narrowing and short-pulse generation. Most recently, the wavelength of GaSb based SDLs has been extended to 2.8 μm. The highest output power of the GaSb based SDLs has been reached to 17 W at the temperature of 20 ℃. By using active stabilization, the GaSb based SDL with line-width of 20 kHz and output power of 1 W was realized. Moreover, the shortest pulse obtained from the GaSb based SDLs was generated as short as 384 fs by incorporating semiconductor saturable absorber mirrors (SESAM) in the cavity.
semiconductor disk laser GaSb based 2 μm wavelength Opto-Electronic Advances
2018, 1(2): 170003
1 北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院,北京 1000191
2 中国科学院半导体研究所 超晶格实验室,北京 100083
3 中国科学技术大学 量子信息与量子科技前沿协同创新中心,安徽 合肥 230026
成功制备出室温激射波长为2 μm的GaSb基侧向耦合分布反馈量子阱激光器.采用全息曝光及电感耦合等离子体刻蚀技术制备二阶布拉格光栅.优化了光栅制备的刻蚀条件,并获得室温2 μm单纵模激射.激光器输出光功率超过5 mW,最大边模抑制比达到24 dB.
镓锑基 侧向耦合分布反馈 全息光刻 二阶布拉格光栅 GaSb-based laterally coupled distributed feedback laterally coupled distributed feedback (LC-DFB) LC-DFB holographic lithography second order Bragg grating
1 北京航空航天大学物理与核能工程学院, 北京 1000191
2 中科院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京100083
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 101408
完成1 880 nm高阶锑化镓侧向耦合分布反馈半导体激光器的制备。采用侧向耦合(Lateral coupled)结构使得外延材料可以一次生长完成, 避免了外延层中Al组分容易氧化的特性导致的二次外延生长困难的问题, 采用接触式紫外光刻技术制备了高阶光栅, 大大降低了激光器的制备成本, 实现了室温1 880 nm单模连续波长激射, 最大输出功率14.5 mW, 波长随温度漂移速率0.000 5 nm/mA。
侧向耦合分布反馈激光器 镓锑基激光器 高阶光栅 laterally coupled distributed feedback laser LC-DFB LC-DFB GaSb-based lasers high-order Bragg gratings
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
3 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
通过在宽区GaSb基半导体激光器波导中引入鱼骨型微结构, 实现了瓦级激光输出并且改善了侧向发散角.本文通过分析微结构的刻蚀深度对激光功率和远场特性的影响, 研究并发现了微结构的引入可以明显的提高激光器输出功率, 同时深刻蚀的微结构对降低模式数和侧向发散角有着更明显的改善作用.相比于未引入微结构的激光器, 引入深刻蚀微结构的宽区激光器侧向95%功率定义的远场发散角降低了大约57%, 并且实现了超过1.1 W的最大连续输出功率.
GaSb基 宽区激光器 微结构 远场发散角 GaSb based broad-area (BA) diode lasers microstructure lateral far-field divergence
1 中国科学院半导体研究所 超晶格实验室, 北京 100083
2 中国科学技术大学 量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
成功制备出2.6μm GaSb基I型InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱高功率半导体激光器.利用分子束外延设备(MBE)生长出器件的材料结构.为了得到更好的光学质量, 将量子阱的生长温度优化至500℃, 并将量子阱的压应变调节为1.3%.制备了脊宽100 μm 、腔长1.5 mm的激光单管器件.在未镀膜下该激光器实现了最大328 mW室温连续工作, 阈值电流密度为402 A/cm2, 在脉冲工作模式下, 功率达到700 mW.
镓锑基 半导体激光器 量子阱 中红外 GaSb-based laser diodes quantum-wells mid-infrared
