谢中华 1,2渠红伟 2,3,*周旭彦 2,3张建心 2,4[ ... ]齐爱谊 2,3
作者单位
摘要
1 曲阜师范大学物理工程学院,山东 济宁 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实验室,北京 100083
4 潍坊大学物理与电子信息学院,山东 潍坊 261061
为了改善用于铷原子钟的795 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)的偏振稳定性,研究了不同氧化孔径和椭圆度对VCSEL偏振性能的影响。利用COMSOL Multiphysics的波动光学频域模块模拟了不同氧化孔径对有源区谐振光强的影响。结果表明,当氧化孔径为3.5~4.0 μm时,有源区的谐振强度最高。采用可实时观察的湿法氧化系统,研究了氧化温度对氧化速率和氧化孔椭圆度的影响。随着注入电流的增加,三种不同椭圆氧化孔的VCSEL表现出不同的模式特性、偏振特性和偏振角旋转特性。测试结果表明,带有长轴径为3.7 µm、椭圆度为1.7的椭圆氧化孔的VCSEL性能最佳。在85 ℃下,当注入电流为1.5 mA时,输出功率为0.86 mW,激光波长为795.4 nm,边模抑制比(SMSR)为43 dB,线宽为65 MHz,正交偏振抑制比(OPSR)为23.8 dB。在0.6~2.7 mA的范围内,VCSEL的主偏振方向保持不变。
激光器 垂直腔面发射激光器 氧化孔径 湿法氧化 正交偏振抑制比 窄线宽 
中国激光
2024, 51(6): 0601008
郑妹茵 1,2渠红伟 2,3,*周旭彦 2,3董风鑫 2[ ... ]齐爱谊 2,3
作者单位
摘要
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 
光学学报
2024, 44(2): 0214002
Jian Fan 1,2Xuyan Zhou 1,3,4,**Weiqiao Zhang 1,2Yufei Wang 1,2,5[ ... ]Wanhua Zheng 1,2,3,5,*
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid-State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
4 Weifang Academy of Advanced Opto-Electronic Circuits, Weifang 261071, China
5 College of Future Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China
We first study the effect of cavity modes propagating in the lateral dimension on high-power semiconductor lasers with a large stripe width. A sidewall microstructure was fabricated to prevent optical feedback of lateral resonant modes. Theoretically, we demonstrate the existence of lateral resonant modes in the Fabry–Perot cavity with a large stripe width. Experimentally, we design the corresponding devices and compare them with conventional broad-area diode lasers. About a 15% reduction in threshold current and a 27% increase in maximum electro-optical conversion efficiency are achieved. The amplified spontaneous emission spectrum is narrowed, which proves that lateral microstructures suppress optical feedback of lateral resonant modes. Under a large continuous-wave operation, the maximum output power of laser device is 43.03 W, about 1 W higher than that of the standard broad-area laser at 48 A.
high power broad area laser resonant mode amplified spontaneous emission 
Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041406
作者单位
摘要
1 中国辐射防护研究院 太原 030006
2 大亚湾核电运营管理有限责任公司 深圳 518028
放射性废油是核电机组运行产生的有机“疑难废物”之一,针对该类废物开发了基于氧化老化法的核素分离净化处理工艺,研制一套放射性废油核素分离净化处理工程装置并实现了工程应用。结果表明:氧化老化工艺去污系数可达两个量级以上;使用工程装置处理后的废油达到清洁解控水平,可作为普通危险废物进行管理;处理后废油焚烧供热过程(包括运输)中可能造成的额外附加剂量远远低于剂量限值,满足再利用过程的剂量准则,符合废物最小化原则。
核电厂 放射性废油 核素分离 工程应用 Nuclear power plant Radioactive oil Nuclide separation Engineering application 
核技术
2023, 46(1): 010002
郑运强 1,2刘欢 1,2,*孟佳成 1,2王宇飞 1,2[ ... ]谢小平 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光子网络技术研究室,陕西 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
激光通信以其带宽大、保密性好、无频谱限制等特点成为构建空天地海全域网络高速通信有效技术途径。相较天基而言,搭载在气球、飞艇、无人机、飞机等平台的空基激光通信系统以其灵活性好、成本低、可维修等特点,成为高保密军用战术网络、救灾应急网络、商用低成本网络的首选。详细介绍了美国、德国、法国、中国等空基激光通信技术最新研究进展和主要项目的参数指标,总结了一对多、轻量化、高带宽等发展趋势和面临的大气信道复杂、背景噪声严重等技术挑战,提出了高动态捕跟、高密度集成、高灵敏度接收等关键技术措施,为空基激光通信技术研究和工程项目研制提供参考。
空基激光通信 机载激光通信 自由空间光通信 大气激光通信 air-based laser communication airborne laser communication free space optical communication atmospheric laser communication 
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210475
Jing Liu 1,2,*Mingjin Wang 1Yufei Wang 1,2,3,4Xuyan Zhou 1[ ... ]Wanhua Zheng 1,2,3,4,5,**
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid-State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
4 College of Future Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China
5 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A high peak power density and low mechanical stress photonic-band-crystal (PBC) diode laser array based on non-soldered packaging technology is demonstrated. The array consists of the PBC diode laser bars with small fast axis divergence angles. Meanwhile, we design the non-soldered array structure that realizes mechanical stacking of 10 bars in the vertical direction. In the experiment, the peak power density of the PBC array is about 1.75 times that of the conventional array when the same total power is obtained. The peak power of the non-soldered array is 292.2 W, and the “smile” effect is improved by adjusting the mechanical fixing force of the array.
photonic-band-crystal non-soldered packaging low mechanical stress 
Chinese Optics Letters
2022, 20(7): 071403
Xiaoxu Xing 1,2Xuyan Zhou 1,3,*Hongwei Qu 1,4Weiqiao Zhang 1,2[ ... ]Wanhua Zheng 1,3,4,6,**
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid-State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Optoelectronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Weifang Academy of Advanced Optoelectronic Circuits, Weifang 261021, China
4 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
5 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
6 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We studied the spectral beam combining (SBC) of a large optical cavity (LOC) laser array to achieve high-power and high-brightness laser output. We discussed the characteristics of the external cavity feedback efficiency and the focal length of the transform lens for lasers with different waveguide thicknesses. We have found that using LOC laser diodes can increase the proportion of external cavity feedback, thereby improving the SBC efficiency. At a current of 90 A, the CW output power of the SBC system is 59.2 W, and the SBC efficiency reaches up to 102.8%. All emitters of the laser array have achieved spectral locking with a spectral width of 11.67 nm, and the beam parameter product is 4.38 mm·mrad.
spectral beam combining large optical cavity high efficiency 
Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 061402
作者单位
摘要
1 沈阳师范大学生命科学学院, 辽宁 沈阳 110031
3 陕西科技大学环境科学与工程学院, 陕西 西安 710021
铁锰结核是具有高反应活性的矿物复合体; 与海洋铁锰结核不同, 土壤铁锰结核常在干湿交替、 水气干扰条件下存在, 形成了独具特色的地球化学特征。 作为土壤“新生体”, 不同地区铁锰结核常表现出较大差异。 研究典型区域土壤铁锰结核与重金属的结合行为, 有助于深入了解铁锰结核的微生态属性, 对于后续土壤的开发利用、 保育改良、 污染修复等都具有战略性指导意义。 目前, 关于中国西部地区土壤铁锰结核的相关研究极少, 本研究有望从光谱学层面弥补领域不足、 充实科学体系。 采用水洗法获得西部地区土壤铁锰结核, 使用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、 紫外-可见光谱(UV-Vis)、 X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征铁锰结核主量元素和结构特点。 通过静态批次实验考察铁锰结核与Cd的结合行为, 探讨时间、 Cd溶液浓度和温度对吸附的影响, 引入动力学方程和等温线方程拟合反应过程, 计算热动力学参数并探讨吸附后铁锰结核的洗脱可能性。 不同粒径铁锰结核主量元素氧化物都以Fe2O3, SiO2, Al2O3, MnO为主, Fe2O3含量最高, SiO2次之; 铁锰结核与土壤基质的矿物组成高度相似, FTIR图谱证实—OH, Si—O—Si (Al), Fe(Mn)—O等基团的存在。 吸附过程总体表现为“先快后慢”: 反应6 h后的吸附量Q为4.96 mg·g-1, 至12 h后吸附效果趋于不变。 Cd溶液浓度的增加有助于吸附量Q的升高, 温度对吸附反应的影响较小。 准二级动力学方程可以更好地拟合吸附反应(R2为0.994 3), 说明化学吸附为控速步骤。 Langmuir方程的拟合系数(R2为0.999 1)高于Freundlich方程, 表明吸附反应属于单分子层化学吸附。 吸附过程自发、 吸热且存在络合性吸附, 反应后体系混乱度增加。 由自来水配制的0.1 mol·L-1 HCl溶液的洗脱效果更好。 本研究可以为后续(光谱层面的)反应机制剖析提供基础数据。
土壤铁锰结核  吸附 洗脱 Soil Fe-Mn nodules Cadmium Adsorption Desorption 
光谱学与光谱分析
2022, 42(2): 616
Yufei Jia 1,2Yufei Wang 1,3Xuyan Zhou 1Linhai Xu 1,2[ ... ]Wanhua Zheng 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Future Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China
4 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
We design a 645 nm laser diode (LD) with a narrow vertical beam divergence angle based on the mode expansion layer. The vertical beam divergence of 10.94° at full width at half-maximum is realized under 1.5 A continuous-wave operation, which is the smallest vertical beam divergence for such an LD based on the mode expansion layer, to the best of our knowledge. The threshold current and output power are 1.07 A and 0.94 W, limited by the thermal rollover for the 100 µm wide and 1500 µm long broad area laser, and the slope efficiency is 0.71 W/A. The low coherence device is fabricated with the speckle contrast of 3.6% and good directional emission. Such 645 nm LDs have promising applications in laser display.
beam divergence laser diode speckle laser display 
Chinese Optics Letters
2021, 19(10): 101401
傅廷 1,3王宇飞 1,2王学友 1,3陈静瑄 1,3[ ... ]郑婉华 1,2,3,4,*
作者单位
摘要
1 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
2 中国科学院大学未来技术学院, 北京 101408
3 中国科学院大学材料科学与光电工程研究中心, 北京 100049
4 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083

激光器是一种高亮度、高效率和高相干性的功率转换器件,特别是在半导体激光器系统中,不仅存在折射率的高低分布,而且还同时存在增益和损耗分布,是一个天然的非厄米光学系统。通过引入微结构调控激光器的折射率和增益损耗分布,可以在基于半导体激光芯片的光学平台上实现宇称时间对称、超对称等物理效应,并实现对激光器的空间光场和频域光谱的调控,从而获得高性能的新型微结构激光器。其中,宇称时间对称有望改善激光器的光谱、近场和远场分布,而超对称有望实现单侧模大功率输出。本文主要从这些物理效应的基本原理出发,综述了基于宇称时间对称和超对称的激光器的相关工作,探讨了新型微结构激光器的可能发展方向。

激光器 非厄米光子学 宇称时间对称 超对称 
中国激光
2021, 48(12): 1201005

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