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
采用具有模式转换和无损传输特性的三模非模式选择光子灯笼（PL）实现了976 nm波长的半导体激光的相干合束。相对于半导体激光常规空间孔径相干合束的方式，所提合束光场不会产生旁瓣，且能拥有较高的光束质量。通过仿真PL合束特性，搭建合束实验系统，最终976 nm波长的半导体激光基模输出功率达99.7 mW，转换效率为33.2%。实验结果表明，此合束系统实现了模式转换，使半导体激光能够以基模输出，展现了一种有潜力的半导体激光相干合束的方法。
半导体激光 光子灯笼 相干合束 相位调控 光纤模式 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514006
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，长春3003
2 中国科学院大学，北京100049
为了分析光子灯笼用于光合束时的模式控制能力波动，建立算法提取光场灰度矩阵，使用数值计算结果替代角功率分布方差来分析光子灯笼模式控制能力随合束功率的波动。根据功率流方程与临近模耦合理论推导了算法的理论基础。从算法结构和灰度值提取精度参数两方面详细介绍灰度提取算法。通过对比复原图与原光场图，证明算法将光强分布情况转化成灰度值矩阵的数值准确性；最后，以自制的3×1光子灯笼在弱主动模式控制下的表现为例，分析其模式控制能力随合束功率变化导致的输出光质量与合束损耗的变化。实验结果解释了合束功率从0增加到270 mW时3×1光子灯笼的光合束损耗曲线斜率变化以及合束光最大高斯拟合度波动。算法能简单、快速地分析光子灯笼用于基模合束光制备时模式控制能力的波动情况，且环境敏感度低，光场功率分布提取准确率大于99%。
半导体激光 模式控制 灰度矩阵 光子灯笼 光合束 diode laser mode control gray matrix photonic lantern beam combining 光学 精密工程
2023, 31(19): 2818
1 长春中科长光时空光电技术有限公司，吉林 长春 130102
2 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
首次报道了连续输出功率>1 W、脉冲输出功率>10 W的1550 nm波长垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）阵列。对1550 nm VCSEL激光器单个发光单元的热阻特性进行了分析，建立了基于热阻分析及可变产热量的VCSEL阵列热模型，优化了VCSEL发光单元间距，在理论上保证了阵列内部具有均匀的温度分布。制备了发光单元边缘间距为30 μm的高密度集成1550 nm波长VCSEL阵列，并对其在连续工作及脉冲电源驱动条件下的输出特性进行了测试分析。当VCSEL阵列的工作温度为15 ℃时，最高连续输出功率达到1.05 W；即使工作温度增加至65 ℃，VCSEL的最高连续输出功率仍能达到0.42 W。在脉宽为5 μs、重复频率为1 kHz的脉冲条件下，VCSEL在15 ℃时的最大峰值功率达到10.5 W，此时VCSEL呈现出热饱和现象。当脉冲功率为10.5 W时，阵列远场的光斑仍然呈圆形对称形貌，两个正交方向上的远场发散角分别为26.69°和26.98°。
激光器 1550 nm 垂直腔面发射激光器阵列 高功率 人眼安全 激光雷达 中国激光
2023, 50(19): 1901008
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 中国科学院大学大珩学院，北京 100049
3 吉光半导体科技有限公司，吉林 长春 130102
4 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
光学相干层析成像（OCT）是一种广泛应用于眼科疾病诊断及其他测量和探测等领域的新型成像技术。其中，扫频方案（SS-OCT）作为OCT的一种主要技术路径，因具有成像速度快、深度深、分辨精度高等优势，成为了近年来OCT领域的研究重点。由于SS-OCT的性能主要由快速扫频光源的性能决定，所以对扫频光源的研究和开发至关重要。主要总结扫频光源的研究进展，从技术手段、设计思路、性能指标等方面出发，对扫频光源的研究进展和领域前沿的研究现状进行较为详细的介绍和总结。
半导体激光器 光学相干层析成像 扫频光源 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1600003
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，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
在国内首次报道了氧气传感专用760 nm单模、波长可调谐的垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL），详细报道了760 nm VCSEL设计方法与器件制备结果。通过分析AlGaAs量子阱的增益特性，确定了量子阱组分及厚度参数，并设计了室温下增益峰与腔模失配为10 nm的VCSEL激光器结构，完成了VCSEL结构的器件制备。VCSEL激光器在工作温度25 °C时单模功率超过2 mW，此时边模抑制比为28.1 dB，发散角全角为18.6°。随着工作电流增加，VCSEL激光器的发散角随之增加，然而激光远场光斑仍然为高斯形貌的圆形对称光斑。通过调节VCSEL激光器的工作温度与工作电流，实现了VCSEL单模激光波长从758.740 nm至764.200 nm的近线性连续调谐，VCSEL工作在15 ~ 35 °C时激光波长的电流调谐系数由1.120 nm/mA变至1.192 nm/mA；温度调谐系数由0.072 nm/°C变至0.077 nm/°C。在两个氧气特征吸收波长附近，VCSEL激光的边模抑制比分别达到了32.6 dB与30.4 dB。
垂直腔面发射激光器 单模工作 波长调谐 氧气传感 vertical cavity surface emitting laser single- mode operation wavelength detuning oxygen sensing
1 海南师范大学物理与电子工程学院，海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南省院士团队创新中心，海南 海口 571158
2 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
设计了一种基于双增益芯片合束的超宽带可调谐中红外激光器，该激光器以Littrow结构为基础，采用中心波长分别为4.0 μm和4.6 μm的两个量子级联增益芯片提供光增益，通过4.2 μm低通高反分束片合束后，将增益光入射到300 lines/mm的闪耀光栅形成光反馈，两个量子级联增益芯片通过交替互补的工作方式实现了3~5 μm的超宽谱调谐。在25 ℃温控和303 mA注入电流下，该激光器在34.54°~46.50°的闪耀光栅旋转角度下工作，波长调谐范围为3779~4836 nm（包括179 nm波长调谐空白区间），最大输出光功率为14.12 mW，边模抑制比为20 dB。该激光器具有结构紧凑、调谐范围超宽的优点，可为研制便携式模块化的中红外激光器提供参考。
激光器 量子级联激光器 闪耀光栅 可调谐 Littrow 光学学报
2023, 43(11): 1114003
1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南 海口 571158
2 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
3~5 μm中红外波段激光在气体分子传感、空间光通信、差频太赫兹产生等领域中有广阔的应用前景。研究了一种4 μm波段宽谱可调谐外腔量子级联激光器，设计了一种以Littrow结构为基础的紧凑便携可调谐激光器模块。在激光器模块中采用同一个量子级联增益芯片，分别使用刻线密度为450 line/mm和300 line/mm的闪耀光栅组建了不同的外腔。当采用刻线密度为450 line/mm的闪耀光栅时，注入电流303 mA下的输出光功率为7.30 mW，具有380 nm的调谐范围（3774~4154 nm），边模抑制比为20 dB，出现高阶模式激射现象；当采用刻线密度为300 line/mm的闪耀光栅时，303 mA注入电流下的输出功率为5.24 mW，调谐范围为297 nm（3779~4076 nm），边模抑制比为20 dB，出现基模激射现象。由此可见，采用不同的外腔配置，可以分别获得满足高精度波长调谐和高光束质量要求的激光器性能。
激光器 量子级联激光器 闪耀光栅 波长调谐 Littrow结构 中国激光
2023, 50(11): 1101020
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
