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与光电研究中心，北京 100049
3 长春中科长光时空光电技术有限公司，吉林 长春 130102
本文报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器（Vertical-External-Cavity Surface- Emitting Laser，VECSEL）及其双波长调控。通过调控泵浦光功率，实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换，双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转，翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度，进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0 ℃时，每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变，激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换，同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。
垂直外腔面发射半导体激光器 波长调控 双波长 vertical external cavity surface emitting laser switchable wavelength dual-wavelength
1 重庆师范大学物理与电子工程学院，重庆 401331
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 北京工业大学应用数理学院，北京 100124
4 重庆师范大学重庆国家应用数学中心，重庆 401331
利用半导体增益介质中的非线性克尔效应，结合增益芯片上泵浦光斑形成的软光阑，在外腔面发射激光器中实现了重复频率为1.1 GHz、脉冲宽度为4.3 ps的连续自锁模。通过在谐振腔内插入不同厚度的双折射滤波片，实现了可连续调谐的激光波长输出。当双折射滤波片的厚度为2 mm时，获得的波长调谐范围为30 nm，最大输出功率为129 mW，激光器可在964～979 nm波段内维持连续锁模状态，获得的锁模调谐波长范围为15 nm。本文还分析了外腔面发射激光器中启动克尔锁模的机理和条件，同时就双折射滤波片对锁模激光波长的调谐范围进行了讨论。
激光器 垂直外腔面发射激光器 克尔锁模 双折射滤波片 调谐 中国激光
2022, 49(21): 2101004
1 重庆师范大学物理与电子工程学院, 重庆 401331
2 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
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
在光泵浦外腔面发射激光器中,分别用Cr 4+∶YAG晶体和半导体可饱和吸收镜SESAM作为可饱和吸收介质,获得了稳定的调Q脉冲输出。使用Cr 4+∶YAG晶体时,调Q脉冲的宽度为10 μs,脉冲重复频率为26.3 kHz。在相同的脉冲重复频率下,用半导体可饱和吸收镜所获得的调Q脉冲宽度为8 μs。基于外腔面发射激光器中增益芯片的量子结构,以及Cr 4+∶YAG晶体和半导体可饱和吸收镜各自的时间特性,分析讨论了两种不同的可饱和吸收介质作用下,外腔面发射激光器中调Q脉冲的形成过程,初步清晰了外腔面发射激光器这一特殊种类的激光器中与调Q过程相关的物理图像。
激光器 调Q 外腔面发射激光器 可饱和吸收 Cr
4+∶YAG晶体; 半导体可饱和吸收镜
1 重庆师范大学 物理与电子工程学院，重庆 400047
2 重庆师范大学 重庆市高校光电材料与工程重点实验室，重庆 400047
3 重庆师范大学 重庆市光电功能材料重点实验室，重庆 400047
4 四川机电职业技术学院 材料工程系，攀枝花 617000
热效应是限制外腔面发射激光器（VECSEL）输出功率和光束质量的主要原因。为了优化VECSEL增益芯片有源区量子阱的设计，降低激光器的热效应，提高斜效率和输出功率，采用光致荧光谱方法，对设计波长980nm VECSEL自发辐射谱的热特性进行了实验研究。取得了不同热沉温度下边发射和面发射谱随温度的变化数据。结果表明，反映有源区量子阱自身特性的边发射谱峰值波长随温度升高的红移速率是0.5nm/K，而受到增益芯片多层结构调制的面发射谱峰值波长随温度升高的红移速率只有0.1nm/K；由于受到VECSEL增益芯片中微腔的限制，面发射谱分离为多个模式，分别与微腔的腔模对应。可见对量子阱的发射波长及微腔腔长做预偏置优化处理，可以显著改善激光器的输出性能。
激光器 外腔面发射激光器 光致荧光谱 热特性 lasers external-cavity surface-emitting laser photoluminescence spectrum thermal characteristic
重庆师范大学 物理与电子工程学院 重庆市高校光学工程重点实验室, 重庆 400047
外腔面发射激光器的GaAs基质厚度大, 热导率低, 严重阻碍有源区热量的扩散, 影响激光器功率的提高。为了去除激光器的GaAs基质, 采用硫酸系酸性腐蚀, 通过改变腐蚀液浓度和腐蚀温度来比较腐蚀液对GaAs基质的腐蚀影响,并采用原子力显微镜照片表征了腐蚀表面的粗糙度。结果表明, 当腐蚀液的体积比V(H2SO4)∶V(H2O2)∶V(H2O)=1∶5∶10, 腐蚀温度为30℃时, 腐蚀速率适中, 为5.2μm/min, 腐蚀表面粗糙度2.7nm, 腐蚀总体效果较为理想。较好的GaAs基质腐蚀效果为外腔面发射激光器衬底去除腐蚀阻挡层的选择性腐蚀提供了基本的保障。
激光器 外腔面发射激光器 酸性腐蚀 GaAs基质 lasers external-cavity surface-emitting laser acid etching GaAs substrate
1 重庆师范大学 物理与电子工程学院，重庆 400047
2 重庆师范大学 重庆市高校光学工程重点实验室，重庆 400047
3 中国电子科技集团公司 第四十四研究所，重庆 400060
4 中国科学院 长春精密机械与物理研究所，长春 130022
为了降低光抽运外腔面发射激光器的热效应，提高激光器的输出功率，采用液体毛细键合方法将逆序生长的半导体外延片与高热导率的碳化硅散热窗口键合，并用化学刻蚀方法去除外延片的基质。实验研究了用基质刻蚀的外延片搭建的外腔面发射激光器的性能。当增益介质的有源区为InGaAs/AlGaAs多量子阱、抽运源为808nm的光纤耦合输出半导体激光器，输出镜对激光波长透过率为3%时，在室温下获得TEM00模的最大输出功率0.52W，激光波长1018nm，光谱线宽2nm(半峰全宽)，激光器的光光转换效率约为20%。测得x方向与y方向的M2因子分别为1.01和1.00，说明输出光束为质量优良的近衍射极限高斯光束。结果表明，基质刻蚀技术可明显改善外腔面发射激光器的热性能，获得高功率、高光束质量的激光输出。
激光器 外腔面发射激光器 多量子阱 基质刻蚀 光抽运 lasers external-cavity surface-emitting laser multiple quantum well substrate-etched optically-pumped
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 研究生院， 北京100049
3 空军航空大学， 吉林 长春130022
设计并优化了一种用808 nm的大功率激光二极管为抽运光源，In0.09Ga0.91As量子阱结构为增益介质的920 nm光抽运半导体垂直外腔面发射激光器。运用有限元方法，对激光器的电特性方程和光特性方程求自洽解，计算了器件各种特性参量。分析了单个周期内不同阱的个数(1，2和3)、不同阱深、不同垒宽、不同非吸收层组分、不同非吸收层尺寸条件下，器件性能的改变，特别是模式、阈值和光-光转换效率的改变，从而选择一个最佳的结构。
半导体激光器 结构设计 有限元 垂直外腔面发射激光器 光抽运 semiconductor lasers structural design finite element vertical external-cavity surface emitting laser optically pumped
1 南开大学 弱光非线性光子学材料先进技术及制备教育部重点实验室，天津 300457
2 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
介绍了光抽运半导体垂直外腔面发射激光器的结构特点、设计原理及其性能优势，综合评述该领域的最新研究进展，并探讨该类型激光器的发展前景和技术发展方向。
光电子学 垂直外腔面发射激光器 光抽运 分布布喇格反射镜 超短脉冲 optoelectronics vertical-external-cavity surface-emitting laser(VE optical pumping distributed Bragg reflector(DBR) ultra short pulse
