垂直腔面发射激光器(VCSEL) 简介及行业发展趋势

VCSEL简介及应用 垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL) 是一种激光发射方向垂直于P-N结平面而谐振腔面平行于P-N结平面的半导体激光器.1977年,日本东京工业大学的伊贺健一教授提出VCSEL的概念,随后相关的研究如火如荼地展开.     

半导体光电结构材料及其应用

半导体光电结构材料广泛应用于信息、照明、交通、能源、医疗、军事等领域.介绍了厦门大学近年来在半导体光电结构材料研究的进展,着重介绍高Al组分AlGaN、高In组分InGaN、GaN基半导体、Si基半导体、ZnO基半导体等结构材料研发中所取得的进展及其在大功率LED、紫外LED、激光器、探测器、太阳能电池等光电器件中的应用.     

垂直腔表面发射半导体激光器的PSPICE模型

建立了一个垂直腔表面发射半导体激光器(VCSEL)的等效电路模型,该模型以半导体激光器的速率方程为基础,将速率方程表征为由线性电路元件组成的等效电路模型.并通过通用电路模型分析软件(如PSPICE)对与其相关的简单电子电路进行分析和计算,验证了该模型的适用性与准确性.     

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的原理与应用

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)是二极管泵浦的多量子阱增益介质半导体激光器。近年来,光泵浦垂直外腔面发射激光器作为半导体能带工程的新成果,在理论和实验方面均取得了令人触目的进展。该器件具有较高的输出功率、卓越的光束质量和紧凑的结构。薄片式的激活介质避免了棒状介质的热透镜效应,周期性共振增益(PRG)结构提高了多量子阱内的受激辐射截面,分布布拉格反射器(DBR)减少了谐振腔的损耗。相对于晶体棒作激活介质的固体激光器来说,这种新型激光器可以通过半导体能带工程提供更加广泛的波长选择范围。它克服了电泵浦边发射和电泵浦面发射半导体激光器的限制,可以提供近衍射极限的基模或TEM01模的圆形光斑。     

GaN基垂直腔面发射激光器的研制

作者在我国大陆首次实现了GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激射.首先采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上进行高质量氮化物增益区的外延生长,然后在表面沉积高反射介质膜分布布拉格反射镜(DBR).将样品键合到其它支撑片上后,采用激光剥离技术将蓝宝石村底去除.再在去除蓝宝石后露出的氮化物表面沉积第二组介质膜DBR制成VCSEL.在室温光泵条件下,观察到VCSEL的激射,激射波长449.5 nm.阈值6.5 mJ/cm2,激射峰的半高宽小于0.1 nm,这些指标达到了国际领先水平.本文为进一步研制实用化氮化物VCSEL奠定了重要的基础.     

大功率垂直腔面发射激光列阵的应用

垂直腔面发射激光器（VCSEL）列阵是实现激光器高功率输出及应用的重要途径。本文针对垂直腔面发射激光器列阵从列阵器件的发展现状和应用前景方面进行介绍。     

VCSEL阵列用半绝缘砷化镓单晶生长工艺研究

VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列是一种面发射的化合物半导体有源器件,已广泛应用于激光制导、激光测距等军事电子领域。为了减少发射单元之间的高频串扰,VCSEL阵列必须生长在高电阻率和低位错密度的砷化镓衬底上。通过采用VGF(垂直梯度冷凝法)生长7.62 cm砷化镓单晶,并选取合适的温度梯度(4℃/cm左右)和低位错籽晶,同时掺入一定剂量的高纯碳粉并选用适量的无水氧化硼作为液封剂,成功地研制出低位错密度的7.62 cm半绝缘砷化镓单晶材料。     

GaN基激光器的研究进展

GaN材料作为第三代半导体材料具有十分独特的性能,其发光波段可以覆盖从红外到深紫外波段。GaN材料击穿电场强、发光效率高,使其在显示、照明、通信等领域具有非常广泛的应用。综述了GaN基激光器的发展历程及其失效和退化机制的研究进展。目前最新的蓝光GaN基激光器在3 A电流连续工作时的电压和输出功率为4.03 V和5.25 W;最新的绿光激光器波长为532 nm,在电流1.6 A时,输出功率为1.19 W。进一步阐述了GaN基激光器退化的主要表现,即随着工作时间的延长,激光器发光效率降低、光转化效率降低以及电压升高。总结了四种主要的退化模式,分别为封装退化、静电损伤、腔面退化和芯片失效。     

垂直腔面发射激光器光功率-电流模型可靠性研究

主要对基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光功率-电流模型(L-T)可靠性进行了研究.综合运用非线性最小二乘法、多项式拟合及数值计算等方法,估计模型的相关参数,建立了一个比较接近实际的VCSEL光功率-电流模型.仿真结果表明:在20℃条件下,基于该模型的VCSEL温度特性与模型参数基本吻合,从而证明了模型是可靠的.     

垂直腔面发射激光器的原理与设计

阐述了垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作原理及器件的设计方案,并设计出激射波长为980nm,InGaAs/GaAs多量子阱作为发光材料,氧化物限制电流,衬底面出光的基横模低阈值的器件结构。     

垂直腔面发射激光器的高频调制

面向芯片级原子光学器件的研制需要,研究了垂直腔面发射半导体激光器的高频调制特性及Bogatov效应引起的一级侧边带转移效率的不对称现象。设计制作了垂直腔面发射半导体激光器的控制电路与基于微带匹配技术的高精度阻抗匹配电路。通过实验研究了不同射频输入功率下激光器的调制效率。结果显示:在3.4 GHz、3.162 mW射频功率输入下,实现了最大为60%的边带转移效率;激光器一级左右边带调制幅度具有不对称性,并且该不对称性随射频输入功率的增加而增强。     

具有氧化孔径层的方柱形微腔半导体激光器理论模型

对于具有大折射率衬比的氧化孔径层的方柱形垂直腔面发射微腔半导体激光器,基于Maxwell方程组的矢量解,推导了用于计算激光器阈值增益的理论模型,为数值模拟和微腔半导体激光器的最佳设计提供了理论依据.     

适用于电场探头的垂直腔面发射激光器的PSpice模型

提出了一个适用于电场探头的垂直腔面发射激光器(VCSEL)的PSpice等效电路模型。该模型以VCSEL的速率方程为基础,将速率方程表征为线性电路元件组成的等效电路。通过电路仿真软件PSpice对等效模型进行模拟与分析,验证模型的实用性和准确性。     

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的倍频研究

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器（OPS-VECSEL）是一种新型的半导体激光器,在很多领域有着广阔的应用前景。其外腔结构更容易实现高功率、高光束质量的倍频。本文分析了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的器件结构;研究了VECSEL的倍频,设计了两种不同的VECSEL倍频结构及散热装置。     

高精度宽动态范围单模VCSEL自混合LDV测速方法的研究

自混合激光多普勒测速(laser Doppler velocimetry,LDV)精度与激光器模式、多普勒信号频率展宽、激光器前腔镜到反射面距离(外腔长)的变化范围以及速度的动态范围等因素密切相关,研究结果表明,采用新型小功率单模垂直腔表面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)和模拟差频锁相技术,在外腔长度为30 mm±1 mm,速度范围为30~480 mm/s,采样时间为0.1 s的条件下,测速精度优于1%,重复精度优于0.2%,具有测速精度高、动态范围大、成本低等特点.     

大功率激光器研究创新成果填补国内空白

我国大功率激光器研究取得创新成果,近日,由中科院长春光机所完成的吉林省科技厅发展计划项目“半导体电泵浦集成微腔激光器”、“高功率光纤激光器”和“980nm垂直腔面发射激光器输出功率的提高”在长春分别通过专家鉴定,整体均处于国内领先水平,并填补了国内空白。     

不同掺杂元素对GaN基材料发光性能影响研究进展

由于GaN材料本身具有的极大优越性,如大禁带宽度、高临界场强、高热导率、高载流子饱和速率、高异质结界面二维电子气浓度等,决定了GaN基材料及其器件在发光半导体材料领域中的重要地位,而高质量GaN的掺杂制备一直是研究者关注的热点.本文根据近几年国内外对掺杂GaN基材料的研究成果,总结概括了IIA族、过渡族以及稀土族元素对GaN的掺杂,分析讨论了不同掺杂元素对GaN基材料发光性能的影响,并以Mg掺杂GaN为例,对比了各种掺杂技术的优缺点.     

基于新材料体系的太赫兹量子级联激光器研究展望

太赫兹(THz)波在生物医疗、天文、国防等领域具有潜在应用. THz辐射源是THz技术应用的关键器件.基于半导体的电泵浦THz量子级联激光器(Quantum Cascade Laser, QCL)具有输出功率高、频率可调谐、全固态等优点,因而备受研究人员的重视.但是,长期以来,传统基于砷化镓(GaAs)材料体系的THz QCL的较低工作温度一直制约着其广泛应用.通过研究不同材料中的纵向光学(Longitudinal Optical, LO)声子及其在THz波发射过程中的作用发现,寻找新的材料体系应用于THz QCL的制备是提高器件工作温度的一个可行方案.本文综述了氮化镓(GaN)和氧化锌(ZnO)基THz QCL的近期研究进展.     

一种单模垂直腔面发射激光器自混合测距系统研制

研究了一种小调制高精度单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)自混合测距系统,根据单模VCSEL的特性曲线可知,其波长Δλ/ΔI非线性失真严重,且与调制电流幅度ΔI大小相关,该特性严重地影响系统的测距精度.通过对单模VCSEL进行小电流幅度调制以及采用专用的光电信号处理技术,明显提高了系统的测距精度.实验结果表明当使用调制电流幅度ΔIp-p=0.28 mA,调制频率fm=500 Hz对单模VCSEL进行频率调制,并且应用差频模拟锁相环(APLL)处理带有相位突变的自混合拍频信号,在采样时间为0.1 s,系统测距动态范围为50～500 mm,测距精度优于2 mm.     

基于混沌光注入互耦合VCSELs获取高复杂度混沌同步信号的研究简

提出了一种带光反馈的垂直腔面发射激光器(I-VCSEL)单向注入到另一个VCSEL(D-VCSEL)所产生混沌光驱动两个互耦合垂直腔面发射激光器(MC-VCSELs)获取宽带宽、高复杂度的混沌同步方案.利用自旋反转模型(SFM),数值研究了一定光注入条件下,D-VCSEL注入MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度对系统输出混沌信号的带宽、复杂度及同步性能的影响.结果表明:通过合理选取D-VCSEL注入到MC-VCSELs的强度以及MC-VCSELs之间的互注入强度,可有效提高耦合系统输出混沌信号的带宽和复杂度,并可同时实现MC-VCSELs之间高质量的混沌同步,且该同步对自旋反转速率γs和有源介质双折射系数γp具有较高的容忍度.