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
1 长春理工大学理学院 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
将一个808 nm宽发射区半导体激光器应用于纵模选择束腰劈裂偏振合束外腔中，实现了高光束质量、高亮度和窄线宽的激光输出。所获激光输出功率为5.08 W，快慢轴光束质量M2=1.85×18.2，慢轴光束质量较自由运转激光器提高48%，输出激光亮度B=22.74 MW·cm-2·sr-1，是原激光器自由运转的1.3倍。所获激光光谱线宽为0.47 nm，压缩至原激光器自由运转的光谱宽度的0.14。
半导体激光器 合束 外腔 semiconductor laser beam combining external cavity
1 长春理工大学物理学院 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 130031
如今，人们对研究耦合腔面发射激光器结构的兴趣逐渐增加。这种结构通过向主腔施加调制电的同时向每个反馈腔施加直流电来实现带宽提升。然而，单独驱动主腔对器件性能的影响尚未得到深入研究。为了更全面地了解耦合腔激光器，我们设计并制备了边长为30 μm×30 μm的方形横向耦合腔VCSEL，并研究了在方形横向耦合腔中单独驱动主腔时器件性能的变化。室温下，-3 dB带宽达30.1 GHz，在非归零调制下，在背对背传输速率40 Gbit/s时获得清晰的眼图，相对强度噪声值为-160 dB/Hz。证明了反馈腔在不加驱动的条件下仍会对主腔的性能提供正向作用。设计的TCC-VCSEL器件只需要一个电源驱动，使其适用于高密度集成，为封装集成应用提供了新的思路。
垂直腔面发射激光器 横向耦合腔 高速 vertical-cavity surface-emitting lasers（VCSEL） transverse coupled cavity high-speed 强激光与粒子束
2023, 35(9): 091008
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 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 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
3 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
4 中国科学院大学，北京 100049
锁频技术极大地促进了腔衰荡光谱技术在光谱吸收领域的发展，使腔衰荡光谱技术具有更高精度、更好灵敏度以及更稳定等优势。本文基于经典腔衰荡光谱技术和锁频技术基本原理，对锁频技术在吸收光谱领域的研究现状以及在大气痕量气体等不同领域的应用进行综述，列举了几种现阶段腔衰荡光谱领域使用较多的锁频技术并对其进行了分析。最后结合现阶段锁频技术和腔衰荡光谱技术的发展趋势对锁频技术的应用前景进行了展望。
光谱学 腔衰荡吸收光谱 锁频技术 气体检测 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0900005
1 山东理工大学 资源与环境工程学院，淄博 255000
2 山东东平宏达矿业有限公司，泰安271000
3 山东盛鑫矿业有限公司，泰安 271000
针对某矿山Ⅰ-1矿体矿房爆破时爆破振动对铁路安全的影响，通过数值计算的方法建立矿体和铁路路基的数值模型进行安全评估，判断既有铁路路基及车站是否安全。根据矿房1、2的位置关系，在临近的铁路路基上设置1-1、2-2、3-3剖面来监测铁路路基的动态响应情况，通过计算分析路基的振动速度以及各监测剖面的应力、应变。经分析可知，铁路路基的最大振动为矿房1爆破时产生的，最大振动点位于1-1剖面的铁路路基下部，最大合速度为3.412 cm/s，三向最大速度为3.392 cm/s，为Y方向。而车站产生的振动最大值为矿房2爆破导致的，车站合振速的最大值为0.02005 cm/s，为铁路路基底部振速。矿房爆破导致的铁路路基以及车站的振动速度均小于爆破安全允许振速。矿房1爆破时，1-1剖面出现应力最大值，最大主应力最大值为8108.17 Pa，最小主应力最大值为12409.1 Pa，最大剪应力值为5955.34 Pa，所有应力值均不会导致路基出现破坏现象。而矿房2爆破时，路基的2-2剖面产生的应力值最大，但最大应力值均小于矿房1爆破时1-1剖面路基所产生的应力值。路基和车站在矿房爆破作用下产生的最大剪应变值为2.58×10-4 ε，由于车站距离较远，因而产生的应变值非常小，在此情况下，路基和车站不会产生明显的变形。
矿山爆破 爆破振动 铁路路基 数值模拟 安全分析 mine blasting blasting vibration railroad bed numerical simulation safety analysis
长春理工大学理学院高功率半导体激光器国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了能够得到高质量的薄膜，降低实验成本，通过化学气相沉积（CVD）方法以GaTe粉作为Ga源在云母衬底上合成了β-Ga2O3薄膜。通过改变生长温度、载气和生长时间得到高结晶质量的β-Ga2O3薄膜，并通过X射线衍射（XRD）和拉曼光谱进行证实。XRD结果显示，薄膜的最佳生长温度为750 ℃。对比不同载气下合成的β-Ga2O3薄膜可知，Ar气是生长薄膜材料的最佳环境。为了实现高结晶质量的β-Ga2O3薄膜，在Ar气环境下改变薄膜的生长时间，XRD结果发现，生长时间20 min的薄膜具有高结晶质量。最后，将其转移到300 nm厚氧化层的Si/SiO2衬底上，并通过原子力显微镜测试，证实了16 nm厚的二维Ga2O3薄膜。
薄膜 化学气相沉积 云母衬底 高结晶质量 二维β-Ga2O3薄膜 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1931003
1 长春理工大学物理学院，高功率半导体激光国家重点实验室，长春 130022
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米加工平台， 苏州 215123
超宽禁带半导体材料金刚石在热导率、载流子迁移率和击穿场强等方面表现出优异的性质，在功率电子学领域具有广阔的应用前景。实现p型和n型导电是制备金刚石半导体器件的基础要求，其中p型金刚石的发展较为成熟，主流的掺杂元素是硼，但在高掺杂时存在空穴迁移率迅速下降的问题；n型金刚石目前主流的掺杂元素是磷，还存在杂质能级深、电离能较大的问题，以及掺杂之后金刚石晶体中的缺陷造成载流子浓度和迁移率都比较低，电阻率难以达到器件的要求。因此制备高质量的p型和n型金刚石成为研究者关注的焦点。本文主要介绍金刚石独特的物理性质，概述化学气相沉积法和离子注入法实现金刚石掺杂的基本原理和参数指标，进而回顾两种方法进行单晶金刚石薄膜p型和n型掺杂的研究进展，系统总结了其面临的问题并对未来方向进行了展望。
金刚石 离子注入 化学气相沉积 超宽禁带半导体 掺杂 n型 p型 diamond ion implantation chemical vapor deposition ultra-wide band gap semiconductor doping n-type p-type
1 长春理工大学, 高功率半导体激光国家重点实验室, 物理学院, 长春 130022
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
3 江西省纳米技术研究院, 纳米器件与工艺研究部暨南昌市先进封测重点实验室, 南昌 330200
氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor, HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中, 但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅基电力电子器件封装中寄生电感参数较大, 会引起开关振荡等问题, 使GaN的优良性能难以充分发挥; 另外, 封装的热管理能力决定了功率器件的可靠性, 若不能很好地解决器件的自热效应, 会导致其性能降低, 甚至芯片烧毁。本文在阐释传统封装技术应用于氮化镓功率电子器件时产生的开关震荡和热管理问题基础上, 详细综述了针对以上问题进行的GaN封装技术研究进展, 包括通过优化控制电路、减小电感Lg、提高电阻Rg抑制dv/dt、在栅电极上加入铁氧体磁环、优化PCB布局、提高磁通抵消量等方法解决寄生电感导致的开关振荡、高导热材料金刚石在器件热管理中的应用、器件封装结构改进, 以及其他散热技术等。
氮化镓 功率电子器件 封装技术 高电子迁移率晶体管 开关振荡 散热 金刚石 gallium nitride power electronic device packaging technology high electron mobility transistor switch oscillation heat dissipation diamond
