1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， Bimberg中德绿色光子学研究中心， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学， 北京 100049
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
4 柏林工业大学 固体物理研究所， 纳米光学中心， 德国柏林 D-10623
光子晶体面发射激光器（PCSEL）利用二维光子晶体光栅的布拉格共振实现面发射激光，具有其独特的优势，包括单模性能、在片测试、高功率、低发散角等。相比垂直腔面发射激光器（VCSEL），PCSEL有将近两倍的有源区光限制因子，展现出高速运行的潜力。本文探讨了PCSEL的基本结构和工作原理，并详细分析了影响PCSEL激光器实现高速性能的关键因素。随后，文章系统地介绍了近年来研究者们为实现PCSEL高速性能所做的努力，重点聚焦于通过增强PCSEL的面内限制来缩小激光腔，并提供了相关的研究方向和指导。
光子晶体 高速 面发射激光器 photonic crystal high-speed surface-emitting laser
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 中国科学院大学光电学院，北京 100049
在应用于自动驾驶的相位调制连续波（PhMCW）激光雷达测距系统中，测量中频（IF）信号的脉冲宽度是关键问题，时间数字转换器（TDC）模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小，且实现大测量范围时系统复杂度高，难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块，采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的严格计数链法，在保证比较高的测量精度的前提下，增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围，设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围，对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试，获得了最佳为26.42 ps的测量精度，对应测距精度为3.96 mm，优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析，证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后，搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证，实现了0.3~7 m飞行时间探测，从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。
遥感 激光雷达 现场可编程门阵列 时间数字转换器 相位调制连续波 中频信号
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
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230198
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 吉光半导体科技有限公司，吉林 长春 130022
3 东莞方孺光电科技有限公司，广东 东莞 523822
4 陆军装备部驻北京地区军事代表局，北京 100166
针对目前铜、金等金属材料加工的实际应用需求，开展了连续输出功率500 W的光纤耦合输出蓝光半导体激光加工光源研究。基于平面窗口TO封装的蓝光半导体激光单管器件，设计采用长后工作距的快轴准直镜和慢轴准直镜分别准直，获得低发散角、高光束质量的单元准直光束；结合二维空间合束、偏振合束和光纤耦合，将144个蓝光单管器件耦合进200 μm/NA 0.22光纤，通过ZEMAX软件对半导体激光光路进行光线追踪模拟；并从实验上实现，3 A电流驱动下，200 μm/NA 0.22光纤输出连续功率523 W，电光转换效率29 %。该激光光源具有直接加工铜、金等材料的能力。
蓝光半导体激光器 光纤耦合 激光合束 激光加工 blue diode laser fiber-coupled laser beam combination laser processing source
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 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 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 吉光半导体科技有限公司，吉林 长春 130033
850 nm的垂直腔面发射激光器（VCSEL）是短距离光互连的核心光源。随着对数据中心流量的需求增加，实现不归零（NRZ）调制高速无误码传输是目前的研究热点。本文设计制备了基于λ/2短腔和六层氧化限制层的高速850 nm VCSEL，室温下最高-3 dB带宽达到23.8 GHz。NRZ调制50 Gbit/s（1 m）和40 Gbit/s（100 m）速率下获得清晰的眼图。在未使用预加重、均衡和前向纠错的条件下，通过NRZ调制在1 m和100 m下无误码传输速率分别为40 Gbit/s和30 Gbit/s。
850 nm VCSEL NRZ调制 高速 器件制备 850 nm VCSEL NRZ modulation high speed device fabrication
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
