1 曲阜师范大学物理工程学院，山东 曲阜273165
2 潍坊先进光电芯片研究院，山东 潍坊 261000
3 中国科学院半导体研究所固态光电信息技术重点实验室，北京 100083
4 潍坊学院物理与电子信息学院，山东 潍坊 261061
为了提高1060 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）的性能，本文对大功率1060 nm VCSEL进行了理论模拟和实验研究。计算得到红移速度为0.40 nm/K，据此确定增益和腔模失配量为-20 nm。对比分析了6种不同InGaAs组分和厚度的量子阱，以及3种不同势垒材料的增益特性和输出特性，模拟结果表明，应变补偿的InGaAs/GaAsP量子阱有源区在温度稳定性、阈值电流以及功率方面更有优势。对P型分布式布拉格反射镜（DBR）进行优化设计，优化DBR渐变层厚度和对数，有助于获得更好的输出特性。采用金属有机化学气相沉积生长了InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构的VCSEL外延片，并制备了单管和阵列VCSEL，实验数据和理论分析基本吻合。实验测得，288单元VCSEL阵列在4.5 A电流下，连续输出功率为2.62 W，最高电光转换效率为36.8%，5 mm×5 mm VCSEL阵列准连续条件下（脉宽为100 μs，占空比为1%），且在100 A电流下，获得峰值功率为53.4 W。
垂直腔面发射激光器 高功率 应变补偿 分布式布拉格反射镜 效率
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院 物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
常规的分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器中，增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2，以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器（THz-QCL），并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构，利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔，利用有源区增益谱较窄的特点，通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠，从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距，即显著提高了激光器中增益区域的长度，从而降低阈值并提高功率特性。实验上，作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器，单模激射的频率为2.7 THz，边模抑制比达到25 dB，该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。
半导体激光器 量子级联 太赫兹 分布式布拉格反射镜 单模 光子禁带 semiconductor lasers quantum cascade terahertz distributed Bragg reflector single mode photonic band gap 崔壮壮 1,3,4刘清权 1,2,3谢茂彬 1,3,4王少伟 1,3,4,5,*陆卫 1,2,3,4,**
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 201210
3 上海节能镀膜玻璃工程技术研究中心，上海 200083
4 中国科学院大学，北京 100049
5 南通智能感知研究院，江苏 南通 226000
低维材料嵌入微腔已经广泛应用于纳米激光器和探测器等。为了实现增益材料和光学微腔之间的有效耦合，需要深入研究嵌埋材料对腔共振模式的影响。本文主要讨论了嵌埋材料的厚度、位置、腔层厚度以及分布式布拉格反射镜的对数对腔供着模式的影响。结果表明，腔共振模式随嵌埋材料位置的不同呈现周期性变化并且在λ/2光程周期内存在最大峰位移。最大峰位移随腔层厚度增加而减小，但与嵌埋材料的厚度成正比。分布式布拉格反射镜的对数不影响腔共振模式。这些结果为光学器件的设计和实验现象的分析提供了指导，并且可以应用于不同波长分布式布拉格反射腔结构。
光学腔 共振模式 嵌埋位置 分布式布拉格反射镜 optical cavity resonant mode embedded position distributed Bragg reflector
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院，江苏 南京 210023
3 南京邮电大学 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室，江苏 南京 210023
一维手性软光子晶体胆甾相液晶（CLC）在防伪标签、纳米激光器和传感等领域具有广泛的应用。本文采用多步图案化紫外固化方法并结合清洗-重填工艺，实现了多色的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。采用标签打印机打印PET图案作为掩膜版，对可聚合的CLC材料进行紫外固化，得到图案化的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。在此基础上，将非固化区域的液晶材料洗去并重新填充不同手性剂含量的CLC，再次图案化紫外曝光，即可实现多色的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。研究了不同入射角、弯曲曲率半径和温度对反射器件光学性能的影响。实验结果表明，采用上述方法制备的多色可自支撑反射器件具有良好的柔性，不同曲率半径下的布拉格反射中心波长基本不变。随着温度升高，布拉格反射中心波长红移，且具有良好的线性度。多色的可自支撑柔性薄膜反射器件可拓展CLC在显示、传感、激光防护和微纳光学等领域的进一步应用。
胆甾相液晶 布拉格反射 多色自支撑柔性薄膜 光学器件 cholesteric liquid crystal bragg reflection free standing flexible film optical devices
北京工业大学光电子技术教育部重点实验室，北京 100124
分布式布拉格反射镜（DBR）是共振腔发光二极管（RCLED）的主要组成部分，其温度特性对RCLED的性能有着重要影响。基于650 nm红光RCLED，设计出由Al0.5Ga0.5As和Al0.95Ga0.05As组成的DBR结构。首先通过AlxGa1-xAs材料折射率的色散关系分析温度对AlxGa1-xAs材料折射率的影响，进而模拟了DBR反射谱的温度特性，得到随着温度升高DBR反射谱红移的结论，温漂速率为0.048982 nm/℃。通过MOCVD制备出30对Al0.5Ga0.5As和Al0.95Ga0.05As组成的DBR外延结构，并对其进行反射谱测试，发现随着温度升高反射谱出现了红移现象，温漂速率为0.049277 nm/℃，与模拟结果相近，验证了温度升高导致反射谱红移结论的正确性。
共振腔发光二极管 分布式布拉格反射镜 温度 色散关系 外延 光学学报
2023, 43(14): 1425002
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
3 北京航天控制仪器研究所，北京 100039
4 中国科学院力学研究所 国家微重力实验室，北京 100190
报道了采用DBR方式，利用8 mm的高浓度掺Yb3+单模光纤，实现了波长为1064 nm的单纵模调谐激光稳定输出的实验结果。该DBR谐振腔有效腔长为16 mm，输出最大功率为7.4 mW，通过半导体制冷器温控改变谐振腔的温度，实现了0.824 nm的单纵模无跳模调谐。采用光纤外差法，并利用低损耗环形器和光纤反射镜倍增延迟线长度提升测量精度的方式，测量得到激光最大线宽为4.4 kHz。单纵模激光的弛豫震荡峰位于900 kHz处，其相对强度噪声为−110 dB/Hz，当频率大于1.5 MHz时相对强度噪声为−145 dB/Hz。
光纤激光器 单频 温度调谐 分布布拉格反射 fiber laser single frequency temperature tuning distributed Bragg reflection 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220570
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
半导体激光器发射光谱中的边模存在恶化了其光束质量，严重限制了其在通信领域中的应用。基于分布布拉格反射器（DBR）半导体激光器中光栅的占空比、耦合系数、材料折射率三者之间的关系，研究了光栅占空比分布对边模抑制的影响，同时对矩形均匀光栅和矩形渐变占空比光栅结构的边模进行了分析与比较。优化了DBR光栅结构，分析了矩形均匀光栅与锥形渐变占空比光栅结构的旁瓣强度大小。利用时域有限差分（FDTD）法对器件结构进行仿真模拟，在不同光栅占空比分布下，分析了光栅的占空比和反射率的关系，并讨论了渐变占空比光栅反射峰值与光栅长度的关系。结果表明，渐变占空比光栅相比于矩形均匀光栅，边模得到有效抑制。当注入电流为63 mA时，在温度300 K下，矩形渐变占空比光栅结构的器件边模抑制比达到48 dB，并且渐变占空比光栅的反射峰值达到96%。通过分析矩形均匀光栅和锥形渐变占空比光栅结构在远场侧向切面上的光场分布，发现利用锥形渐变占空比光栅制作DBR有助于降低DBR半导体激光器的旁瓣强度。
激光器 分布布拉格反射半导体激光器 边模抑制 渐变占空比光栅 旁瓣 中国激光
2023, 50(11): 1101022
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院, 太原 030000
3 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所, 西安 710021
设计了中心波长为520 nm的AlGaInN/InGaN 应变补偿分布布拉格反射镜(DBR)结构, 通过调节组分参数实现应变补偿, 使DBR整体应变为0, 采用传输矩阵法, 计算了Al0.7Ga0.3-xInxN/InGaN DBR、Al0.8Ga0.2-xInxN/InGaN DBR、Al0.9Ga0.1-xInxN/InGaN DBR的反射光谱。通过对DBR结构参数进行对比, 优化了其结构和反射性能。首先对比高低折射率层生长顺序, 发现对于Al0.8Ga0.14In0.06N/In0.123Ga0.877N DBR, 先生长高折射率层时, 反射率高达99.61%, 而先生长低折射率层时, 反射率仅为97.73%; 然后对比奇数层DBR和偶数层DBR, 发现两者的反射谱几乎重合, 没有显著区别; 通过研究DBR对数对反射率的影响, 发现对数在20~30对时, 反射率随着对数的增加明显上升, 30~40对时反射率增长缓慢; 最后研究了材料组分对反射谱的影响, 发现Al组分高的DBR折射率差大, 反射性能更优, 而相同Al组分的AlGaInN中In含量越低反射率越高。考虑到DBR制备过程中可能出现的厚度和组分偏差, 模拟了厚度和组分出现偏差时反射谱的变化, 发现高低折射率层厚度每增加或减少1 nm, 反射谱红移或蓝移4~5 nm; 而组分的偏差使高反射带带宽和中心波长处反射率发生明显变化。本文的研究为AlGaInN/InGaN DBR的设计和制备提供了一定的理论参考。
应变补偿 分布布拉格反射镜 厚度偏差 组分偏差 AlGaInN AlGaInN InGaN InGaN strain-compensation distributed bragg reflector thickness deviation component deviation
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心，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
应用传输矩阵法计算并分析了分布式布拉格反射镜（DBR）的堆叠方式对反射谱的影响，当入射介质为GaAs材料、出射介质为空气时，DBR以低折射率层/高折射率层（LH）的方式排列具有更高的反射率。研究了入射角度对DBR反射率的影响，利用角度相关的传输矩阵模型对DBR反射谱进行计算，结果表明，DBR反射谱随着入射角度的增加而蓝移，最大反射率随着入射角度的增加而增大。建立了940 nm波长下AlxGaAs的材料折射率与铝的原子数分数x之间的线性拟合模型，并通过多层剖分等效法，计算分析了渐变层对DBR反射谱特性的影响。相比于突变型DBR结构，渐变型DBR结构在维持最高反射率基本不变的情况下，反射带宽有所减小。
激光器 传输矩阵法 垂直腔面发射激光器 分布式布拉格反射镜 入射角度 渐变层 反射谱
