采用BCB平整技术的高速850 nm垂直面发射激光器

垂直腔面发射激光器因其具有低阈值、低功耗、可实现高速调制等优势,广泛地应用于光通信和光互连等领域。寄生电容是影响激光器的调制带宽的主要因素之一。本文通过采用低k值的苯并环丁烯（BCB）平整技术有效地降低了垂直腔面发射激光器的寄生电容。详细研究了BCB平整技术的最优工艺参数,为未来高速垂直腔面发射激光器的制造技术提供参考。低k值BCB平整垂直腔面发射激光器在7 μm氧化孔径下3 dB小信号调制带宽可达15.2 GHz。     

高速850 nm垂直腔面发射激光器的优化设计与外延生长

利用传输矩阵理论和TFCalc薄膜设计软件分析了分布布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器(VCSEL)的反射率谱特性,对比了从谐振腔入射与从表面入射时反射率谱的差异,为白光反射谱表征VCSEL外延片提供了依据.利用Crosslight软件模拟了InGaAs/AlGaAs应变量子阱的增益谱随温度的变化特性及VCSEL器件内部温度分布,设计了增益-腔模调谐的VCSEL.采用金属有机物化学气相淀积设备外延生长了顶发射VCSEL,制作了氧化孔径为7.5μm的氧化限制型VCSEL器件,测试了器件的直流特性、光谱特性和眼图特性;6 mA,2.5 V偏置条件下输出光功率达5 mW,4级脉冲幅度调制传输速率达50 Gbit/s.     

光子晶体垂直腔面发射850nm波长激光器研究

文章报道了国内首次研制成功的光子晶体垂直腔面发射850nm波长激光器, 实现了连续电注入激射.发现器件能否激射直接依赖于光子晶体结构参数,而激光器的阈值、输出功率、输出模式等与光子晶体的晶格常数、占空比、腔的大小等因素有关.     

光子晶体垂直腔面发射850nm波长激光器研究

文章报道了国内首次研制成功的光子晶体垂直腔面发射850nm波长激光器，实现了连续电注入激射．发现器件能否激射直接依赖于光子晶体结构参数，而激光器的阈值、输出功率、输出模式等与光子晶体的晶格常数、占空比、腔的大小等因素有关．     

80 Gb/s高速PAM4调制850 nm垂直腔面发射激光器

展示了高速直接调制850 nm氧化物限制垂直腔面发射激光器（VCSEL）的结果。优化设计应变InGaAs/AlGaAs量子阱以实现高微分增益,通过表面刻蚀来调节光子寿命实现响应平坦化。研制的氧化物孔径约7μm的VCSEL具有平坦的频率响应,3 dB调制带宽为24 GHz,相对噪声强度值-155 dB/Hz,未采用任何预加重和均衡技术情况下PAM4调制数据传输速率达80 Gb/s。     

高速1550nm垂直腔面发射激光器研究进展

垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有生产成本低、调制速率高等优点,在光通信领域占有重要地位。随着数据需求量的飞速增长,在长距离信息传输中,具有低损耗的1 550 nm波长的VCSEL引起了研究人员的兴趣。本文首先介绍了1 550 nm VCSEL的结构,然后讨论了其带宽限制因素以及相应的改进方法,接着从NRZ(不归零)调制和PAM4(四电平脉冲幅度)调制两方面对近年来高速1 550 nm VCSEL的研究进展进行了综述,最后展望了高速1 550 nm VCSEL在未来光通信领域的发展和应用。     

高温稳定25 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器

通过在N型分布布拉格反射镜(DBR)中采用高热导率AlAs材料,且增加AlAs层所占的厚度比例,在保持DBR反射率基本不变的情况下,大幅度增加了N型DBR的热导率,提高了器件高温工作性能。制作了氧化限制型顶发射VCSEL器件,不同温度条件下的直流测试结果表明:25℃时热反转功率超过8 mW;85℃时热反转电流为11 mA,功率达5 mW,表现出较好的高温工作特性。远场发散角小于17°。0～70℃的温度条件下眼图都较清晰,表明器件满足高温25 Gbit/s工作要求。     

850nm锥形半导体激光器的温度特性

采用激射波长为850 nm的AlGaInAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制增益量子阱结构的外延片,分别制备了具有锥形结构和条形结构的半导体激光器,并对比分析了两者的温度特性。结果显示,测试温度为20～70℃时,锥形结构器件的特征温度为164 K,远高于条形结构器件的96 K;占空比为0.5%（t=50μs,f=100 Hz）,1 000 mA脉冲电流注入条件下,锥形激光器和条形激光器的波长漂移系数分别为0.25和0.28 nm/K;测试温度〈50℃时,锥形激光器和条形激光器的光谱半高宽分别约为1.12和1.24 nm。实验结果表明：相同外延层结构条件下,锥形激光器比条形激光器拥有更高的特征温度。     

4×15 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器列阵

采用金属有机物化学气相沉积设备生长InGaAs/AlGaAs应变多量子阱有源区和双氧化限制层的外延整体结构,利用断点监控电感耦合等离子体刻蚀技术、精确湿法氧化控制技术等芯片制造技术,实现了氧化孔径为7μm、相邻单元间隔为250μm的高速调制4×15Gbit/s 850nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵。测试得到了VCSEL列阵的静态特性和动态特性:阈值电流为0.7 mA,斜效率为0.8 W/A;在6 mA工作电流下,工作电压为2.3V,光功率为4.5mW。在15Gbit/s调制速率下,眼图轮廓清晰,线迹很细,抖动较小且无明显串扰。对比列阵各单元在15Gbit/s调制速率下眼图的上升时间、下降时间、信噪比、均方根抖动等相关参数,结果表明其动态性能的一致性良好。利用箱线图分析得出外延片上VCSEL器件性能的一致性能良好,能够满足批量生产的要求。     

带宽超30 GHz的850 nm方形横向耦合腔VCSEL（英文）

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30μm×30μm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。     

850nm高亮度锥形半导体激光器的光电特性

采用激射波长为850 rm的AlGaInAs/AlGaAs梯度折射率波导分别限制增益量子阱结构的外延片,设计并制备了具有条形结构和锥形结构的半导体激光器.在输出功率同为1 W时,锥形激光器的发散角、光束传播因子和亮度分别为4°、2.8和9.9 MW·cm-2·sr-1,远好于条形激光器的6°、9.2和3.0 MW·cm...     

利用亚波长矩形金属光栅稳定980nm高功率垂直腔面发射激光器偏振（英文）

利用亚波长矩形金属光栅的偏振特性,在垂直腔面发射激光器的有源区引入各向异性增益从而达到控制其偏振的目的。光栅参数设计基于均匀介质理论和抗反射理论,光栅设计周期为186 nm,占空比为0.5,并且光栅制作于GaAs盖层来对TE偏振光提供额外的反射率。经过设计分析对p-DBRs的对数进行了缩减,并且将光栅条之间的盖层区域刻蚀掉,刻蚀深度为1μm左右。盖层刻蚀的结果使电流注入的方向严格沿着光栅条线性注入的有源区,从而增加了非均匀增益并提高了偏振比。通过多物理场有限元分析软件对器件进行了模拟分析,结果基本上符合设计要求。通过优化工艺步骤,最终得到了550μm孔径器件的输出功率为780 mW,并且偏振比达到4.8的结果。     

大功率1060nm双沟脊波导分布反馈激光器（英文）

研制了双沟型脊波导结构的1 060nm分布反馈激光器.和普通脊波导激光器相比,该器件能提高在连续条件下的侧模稳定性.单模最大输出功率达到300mW边模抑制比大于45dB.采用该激光器进行泵浦周期性极化铌酸锂晶体倍频实验,得到的绿光功率为3mW,该方案将成为低成本绿光光源实现方案.     

1083nm窄线宽单频掺镱光纤激光器（英文）

提出了一种低噪声、线宽小于4 kHz、波长为1 083 nm的线形腔单频光纤激光器.该激光器引入了偏振控制器来消除线形腔内的空间烧孔效应,从而抑制了多纵模振荡.实验结果表明:泵浦功率在40~200 mW范围内时,可获得稳定的单纵模振荡,且最大输出功率可达46 mW,光学信噪比大于60 dB,其光光转换效率和斜率效率分别为23%和33.3%;经过1 h的观察,测得的激光输出功率以及光谱不稳定性分别小于3%和0.9%;在整个观察期内,没有出现模式跳跃和模式竞争现象.     

高速低能耗垂直腔面发射激光器的基于氧化限制孔径影响的强度噪声分析（英文）

对不同氧化孔径尺寸的高速,低能耗的垂直腔面发射激光器(VCSEL)进行了相对强度噪声(RIN)分析.小氧化物尺寸孔径的VCSELs器件更适用于低能耗数据传输,且RIN特性与低能耗性能没有冲突.实验结果表明,适合低能耗、高温度稳定性工作的小氧化孔径VCSELs器件同时表现出较好的噪声性能.高速低能耗VCSEL能够满足32GFC光纤通道标准的RIN要求,在将来的高性能计算机应用中具有巨大优势.     

808 nm宽条型激光器绝热封装改善慢轴光束质量（英文）

为降低半导体激光器在慢轴方向的远场发散角,改善慢轴光束质量,本文提出了一种新型的绝热封装结构,可削弱激光器工作时因芯片横向温度不均而导致的热透镜效应,并基于傅里叶热传导方程,采用有限元分析软件ANSYS 18.0进行热特性仿真,利用Fineplacet贴片机对808 nm In_(0.1)Ga_(0.73)Al_(0.17)As/Al_(0.37)GaAs宽条形半导体激光器进行绝热封装,采用电荷耦合器件(CCD)图像采集分析法对其光束质量进行测量。实验结果表明采用绝热封装方式可减小慢轴发散角约40%,且慢轴发散角随工作电流变化更稳定,相对应的光参数积BPP和光束质量因子M~2也随之降低约33%和30%,芯片横向(慢轴方向)与热沉接触宽度越小,绝热封装对慢轴光束质量改善效果越好。绝热封装中空气隙的引入使得激光器光电特性产生恶化,输出功率降低约14%,光电转换效率降低约8.7%。绝热封装方式对改善半导体激光器的慢轴光束质量具有重要的指导意义。     

1310nm垂直腔面发射激光器芯片制备技术的研究进展

垂直腔面发射激光器(VCSELs)在光纤通讯领域有着广泛的应用前景,国际上对VCSELs需求逐年增加,而国内目前VCSELs的产业化尚属空白。本文从两方面着手综述1 310 nm VCSELs制备方法。将可以制备出1 310 nm VCSELs的4种材料,从理论、制备、量产时需要考虑的因素等方面进行较为全面的汇总分析;同时对两种主流的制备方法从工艺步骤分析其在产业化方面的优势与不足。     

920nm光抽运垂直外腔面发射半导体激光器结构设计(英文)

设计并优化了一种用808nm的大功率激光二极管为抽运光源,In0.09Ga0.91As量子阱结构为增益介质的920nm光抽运半导体垂直外腔面发射激光器。运用有限元方法,对激光器的电特性方程和光特性方程求自洽解,计算了器件各种特性参量。分析了单个周期内不同阱的个数(1,2和3)、不同阱深、不同垒宽、不同非吸收层组分、不同非吸收层尺寸条件下,器件性能的改变,特别是模式、阈值和光-光转换效率的改变,从而选择一个最佳的结构。     

稀有气体卤化物准分子激光器工作气体实时补给技术（英文）

为延长稀有气体卤化物准分子激光器工作气体使用寿命,在原有供气设备基础上增加了工作气体实时补给技术.该技术采用FPGA控制系统将逐步提高放电电压、补充卤素气体和更换部分混合气体等操作有效组合起来.随着激光脉冲能量的下降,逐步提高放电电压;当放电电压达到最大值时,开始补充卤素气体,并恢复放电电压;当补充卤素气体效果不明显时,更换部分混合工作气体.将该技术应用于医用型ArF准分子激光器中进行实验研究,结果表明:在没有使用工作气体实时补给技术的情况下,激光器累计工作14.38h后,输出单脉冲激光能量下降了17.2%;采用工作气体实时补给技术后,激光器输出能量下降速率明显降低,累计工作14.38h,其单脉冲能量下降率能控制在3%范围内.因此,采用该技术可延长激光器工作气体的使用寿命、提高输出激光能量稳定性、减少停机次数并降低运行成本.     

用于空间碎片清除的高功率激光器（英文）

虽然人类的太空活动已经考虑了尽量减少空间碎片的措施,但近地轨道碎片的数量仍呈指数增长,特别是中小型碎片的现有数量已对在轨卫星构成了实质性的威胁。作为具有较高期待的消除碎片办法,用地基DF激光器和空基Nd∶YAG激光器消除碎片的方案令人关注,它们可以以低成本和非破坏性的方式清除空间轨道的危险碎片。本文介绍了使用平均功率为100 kW的高功率、高重复频率P-P Nd∶YAG激光器和平均功率约为1.5 MW的DF激光器来保护在轨飞行器和清除直径为1～10 cm空间轨道危险碎片涉及的相关工作。