1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心，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
采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器，通过对外延结构的设计优化，以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5 μm、腔长为1500 μm，在25 ℃测试温度下，可获得422 mW最大连续输出功率，峰值波长为973.3 nm，光谱线宽（FWHM）为1.4 nm。当注入电流为500 mA时，垂直和水平远场发散角（FWHM）分别为24.15°和3.90°。在15~35 ℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析，发现随着测试温度的升高，器件远场分布变化较小，水平远场发散角基本维持在3.9°左右。
激光器 976 nm半导体激光器 基横模脊形波导 低远场发散角 非对称大光腔结构
1 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
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528437
3 深圳市杰普特光电股份有限公司，广东 深圳 518110
针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题，设计了一种光斑可调的信号合束器，首次以50 μm/70 μm/600 μm/620 μm/660 μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤，基于光束非相干合成技术，通过RSoft软件对合束器进行了模拟仿真，分析了其模场变化情况，设计的合束器满足绝热拉锥以及亮度守恒两个原则，调控拉锥比（）使其可以实现中心和外环独立工作。采用套管法将7根25 μm/250 μm光纤耦合到一起形成熔锥光纤束，再将其与输出光纤进行熔接，制成了高功率大芯径环形光斑可调信号合束器。此光纤合束器的传输效率≥98%，中心光束质量因子（M2）仅为1.76，此时中心端口输出功率为3.036 kW。而后对合束器进行了耐环境测试，合束器在低温与高温下表现出的传输特性良好。将该光斑可调的环形光斑信号合束器应用到激光器中，通过调节中心和外环激光功率，可以在任何温度环境下实现超高速焊接，为激光复合焊接提供了一种新途径。
激光器 光纤合束器 熔锥光纤束（TFB） 传输效率 光束质量 环境可靠性
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
采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器（VCSEL）的光场分布，解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明：新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流，特别是输出功率较传统结构提高了近56%，且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。
激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 光场分布 光束质量
1 山西大学 激光光谱研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
3 中石油化工股份有限公司石油化工科学研究院, 北京 100083
4 中国兵器科学研究院, 北京 100089
5 山西新华防化装备研究院有限公司, 山西 太原 030041
6 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
7 山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司, 山西 太原 030032
为了消除激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）中的自吸收效应，提高元素定量分析的精确度，同时满足工业中便捷分析元素的要求，需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术（self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy，SAF-LIBS）的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术，使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度，并将声光调制器（acousto-optic modulator，AOM）作为门控开关，从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器（intensified charge coupled device，ICCD）和中阶梯型光栅光谱仪，实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积，降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后，对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明，等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1 ~ 50 kHz激光重复频率范围内，Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱，确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下，Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小，在45°处信噪比最高，且在一定的积分时间下，最佳光学薄时间tot为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下，对Al元素进行定量分析和预测结果表明，Al元素定标曲线的线性度R2为0.982，平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽，同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点，有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。
激光诱导击穿光谱 自吸收免疫 光学薄 高重频激光器 声光门控 laser-induced breakdown and spectroscopy self-absorption free optically thin high repetition rate laser acousto-optic gating
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京理工大学学精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京 100081
3 北京理工大学信息光子技术工业和信息化部重点实验室，北京 100081
4 中国电子科技集团第十一研究所，北京 100015
长波红外量子级联激光器（QCL）具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率（1~3 W）是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤，使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点，设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜，有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束，光纤传输效率高达91.2%，实现了7.6~7.8 μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时，采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出，总合束效率为66%。此外，测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M2为1.2，光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光，说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6，依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波长、偏振态均不敏感，且具有良好的可扩展性。实验结果表明，此方式可有效解决长波红外QCL单元器件输出功率偏低的问题。
长波红外 量子级联激光器 光纤合束 耦合效率 空芯光纤
1 南京信息工程大学天长研究院，安徽 滁州 239300
2 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
3 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
利用光纤倏逝波耦合效应，设计了一种基于石墨烯全光纤结构的主动锁模激光器。该石墨烯全光纤锁模器件基于侧面腐蚀的单模光纤，构建了银/聚二甲基硅氧烷（PDMS）/石墨烯的电容型结构，腐蚀的单模光纤置于PDMS和石墨烯之间。实验结果显示，在电容结构两端施加与激光腔的共振频率一致及其整数倍的周期性方波电压信号，并对腔内光进行调制，可实现1558 nm光纤激光器的主动锁模。所设计的主动锁模激光器获得了基本频率及二次谐波的锁模脉冲，重复频率分别为12.2 MHz和24.4 MHz，实现了电控重复频率的脉冲输出。这种石墨烯全光纤锁模器件具有低成本、低功耗的优势，为实现灵活可控的主动锁模激光器提供了新思路。
激光器 光纤激光器 石墨烯 全光纤结构 主动锁模
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
半导体激光器在光通信、生物医疗、激光雷达等领域中得到广泛应用，其单模稳定输出特性一直是国内外的研究热点。制备了一种基于表面高阶曲线光栅的宽脊波导半导体激光器，刻蚀曲线型高阶光栅后高阶横模损耗远大于基横模损耗，同时设置宽脊电流限制注入结构，使得高阶横模激射阈值高于基横模阈值，从而改善器件的横模特性并压窄光谱线宽。利用温控模块将器件的工作温度控制为18 ℃，对腔长为2 mm、条宽为500 μm的器件进行测试，在0.5 A电流下测得慢轴发散角为5.3°，快轴发散角为29.2°，在1 A驱动电流下测得3 dB光谱线宽为0.173 nm，边模抑制比为22.6 dB。实验结果表明，表面高阶曲线光栅对宽脊波导半导体激光器中的高阶横模起到了抑制作用且能够压窄光谱线宽，有助于实现半导体激光器的单模稳定输出，同时器件采用紫外光刻工艺，大幅降低了器件的制备难度。
激光器 半导体激光器 高阶布拉格光栅 曲线光栅 高阶横模 远场发散角
北京工业大学信息学部光电子技术教育部重点实验室，北京 100124
GaAs基垂直腔面发射激光器在干法刻蚀过程中，台面侧壁形成的缺陷会导致器件出现层结构分层、断裂以及氧化孔不规则等问题。针对该问题，提出了一种干法刻蚀与硫化铵钝化相结合的氧化前预处理方案，研究了硫化铵钝化处理对器件层结构以及氧化工艺稳定性的影响。扫描电子显微镜测试结果表明：器件侧壁层结构的分层现象减少，器件结构稳定性更好；高 Al 层的氧化速率更稳定，氧化孔形状更为规则。将该工艺方案用于制备氧化孔直径为5 μm的940 nm垂直腔面发射激光器，室温下，与传统工艺制备的器件相比，钝化后的器件的斜率效率提高了5%，各器件之间的性能一致性更好。同时，在1 mA的驱动电流下，激光器的边模抑制比可达36 dB，处于单模激射状态。在优化后的氧化工艺条件下，制备了形状规范的氧化孔结构，进一步改善了氧化限制型垂直腔面发射激光器的性能。
激光器 垂直腔面发射激光器 氧化孔 湿法氧化 钝化 干法刻蚀
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 云南大学物理与天文学院，云南 昆明 650216
3 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650216
4 中国科学院大学光电学院，北京 100049
5 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
开发了由高重复频率（3 kHz）高能量（3 mJ）钛蓝宝石激光器驱动的极紫外和软X射线高次谐波激光光源。该光源系统在30 nm（光子能量为~45 eV）波长附近实现了大于120 μW的平均功率，在13.46 nm波长（光子能量为~92 eV）处实现了1.9 μW的平均功率，其中在13.46 nm波长处带宽为0.124 nm的单个谐波实现了0.32 μW的平均功率。此外，在该系统中，激光功率连续12 h的不稳定性均方根小于5%，连续8 h光束指向均方根小于10 µrad。该系统在生物成像、干涉光刻和芯片检测等领域中具有重要应用。
激光器 高次谐波 极紫外激光 13.5 nm光源 软X射线 飞秒激光
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学物理学院，湖北 武汉 430074
3 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
4 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源，具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础，而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源，在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而，受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率，目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展，之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上，介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。
非线性光学 高次谐波 极紫外光源 飞秒激光器 极紫外成像检测
