氧化限制型795 nm垂直腔面发射激光器

单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源,一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法,利用光纤波导理论和热电耦合模型,对氧化孔径的光学和电学限制进行了模拟,计算分析了实现单模和良好热电特性所需的氧化孔径大小。实验制备了具有不同氧化孔径的器件,并进行了功率-电流以及光谱特性测试。当氧化孔径为1.9μm时,在3～7 mA注入电流下器件始终保持单模输出,边模抑制比大于35 dB;器件保持单模输出的最大氧化孔径为3.8μm,室温下阈值电流为1 mA,最大饱和输出功率为2 mW,斜率效率为0.3 W/A,3 mA注入电流下的出射波长为790 nm,边模抑制比大于30 dB。制备的室温下单模特性良好的790 nm垂直腔面发射激光器,为实现高温下795 nm偏振稳定单模输出提供了可能。     

垂直腔面发射激光器制造商强攻1300nm电信业堡垒

在电信业颇具吸引力的市场前景推动下,1300nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）已经加入　了进军市场的行列,并且每月都有技术开发公告。在过去的几年里,由Gore公司推出的光泵浦设计使1310nm VCSEL成为引人注目的中心。2001年4月,Infineon技术公司宣布已经研制出GaAs基的1300nm VCSEL,它以10Gbit/s的光纤传输数据率工作,最大输出功率1mW,室温下阈值电流2mA,激光作用温度达80℃。     

基于垂直腔面发射激光器的收发模块研究进展

垂直腔面发射激光器因与传统的边发射激光器有不同的结构,所以在光互联、光存储、光通信等方面得到了越来越广泛的应用.文章概述了近年来以垂直腔面发射激光器为发光器件的收发模块结构的最新研究与进展,并讨论了其发展方向.     

垂直腔面发射激光器

The development and application of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) are summarized in this paper. The emphasis is focused on the high power single and 2-D arrays bottom-emitting VCSELs with a wavelength of 980nm. A distinguished device performance is achieved. The maximum continuous-wave (CW) output power of large aperture single devices with active diameters up to 500μm is as high as 1.95W at room temperature, which is to our knowledge the highest value reported for a single device. Size dependence of the output power, the threshold current and the differential resistance are discussed. A 16 elements array with 200μm aperture size (250μm center spacing) of individual elements shows a CW output power of 1.32W at room temperature.     

垂直腔面发射激光器特性测试系统研究

根据垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作特性，设计了一种新型的易于实验室普及使用的VCSEL特性测试系统，并对VCSEL进行测试，得到了相关测试曲线。该系统使用方便，成本适中，有重要的实际应用价值。     

高功率垂直腔面发射激光器

垂直腔面发射激光器(VCSEL)技术在20世纪90年代走向成熟并开始工业化生产,数据通信是VCSEL的第1个规模化产品应用市场.2001年对于VCSEL而言是一个转折点,这一年数据通信由高峰走入低谷,但VCSEL的生产厂家和用户却从VCSEL的优异性能中看到了其在非数据通信领域应用的光明前景.在工业应用方面,VCSEL作为激光光源现已广泛应用于气体传感器中,通过测量气体对激光的吸收光谱可以确定某种气体(O2等)的浓度.在最为人们所看好的人机界面领域,VCSEL以价格低廉、易于批量生产和性能优异的特点打入了鼠标市场,以VCSEL制成的激光鼠标已经成为主流产品,年产量巨大.现在摆在VCSEL面前的还有一个发展前景广阔的领域:高功率脉冲激光器应用市场.要想进入这一市场,VCSEL必须具备2个方面的优势:低成本和高性能.本文主要讨论了VCSEL在高功率脉冲激光器方面的应用,内容包括VCSEL的制造技术、装配解决方案、产品的性能和可靠性,另外还介绍了VCSEL瞄准的市场目标及其发展潜力.     

MOCVD原位监测垂直腔面发射激光器材料生长

利用MOCVD的原位监测控制生长垂直腔面发射激光器材料。通过GaAs／AlGaAs DBR结构生长表明系统的原位监测结果与实际结果间存在2％的偏差。修正原位监测的参数,可实现利用原位监测进行实时控制生长,从而有效地减少系统漂移对材料生长的影响,提高系统的控制精度。用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的外延生长中,可以有效减少生长次数并得到高质量的外延材料,制作的VCSEL器件在室温下得到10．1mw的脉冲功率和7．1mw的直流功率。     

氧气传感760 nm垂直腔面发射半导体激光器

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。     

垂直腔面发射微腔激光器

介绍垂直腔面发射激光器(VCSEL)的结构、特点、性能、应用以及最新进展，并对当前要解决的关键问题进行了论述。     

850 nm高速垂直腔面发射激光器技术研究进展（特邀）

垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低成本、低阈值、高速率和低功耗等优点,在短距离光互连中有着重要的应用。随着大数据、超级计算机技术的发展,短距离光互连性能需求越来越高,从而对高速调制的850 nm VCSEL技术提出了更高要求。从带宽限制机理、调制新方法两方面详细回顾了高速850 nm VCSEL技术最新进展,对技术发展趋势进行了总结与展望。     

电流调制垂直腔面发射半导体激光器混沌动力学特性

利用数值模拟的方法研究了电流调制下偏置电流和调制频率对垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)混沌动力学特性的影响.数值模拟结果表明,在一定的调制频率下,偏置电流较大时VCSEL处于稳定的周期一态.偏置电流较小时激光器在调制参数的某些区间会出现阵发混沌;在一定的偏置电流下,调制频率较小时,VCSEL处于稳定的周期一态,调制频率较大时系统在调制参数的某些区间会出现阵发混沌.所以偏置电流和调制频率是影响VCSEL混沌动力学特性的重要参数,可以通过适当控制偏置电流和调制频率找到系统的周期态和混沌态.     

808nm InGaAlAs垂直腔面发射激光器的结构设计

为实现垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)在808 nm波长的激射,对VCSEL芯片的整体结构进行了设计。基于应变量子阱的能带理论、固体模型理论、克龙尼克-潘纳模型和光学传输矩阵方法,计算了压应变InGaAlAs量子阱的带隙、带阶、量子化子能级以及分布布拉格反射镜(DBR)的反射谱,从而确定了量子阱的组分、厚度以及反射镜的对数。数值模拟的结果表明,阱宽为6 nm的In0.14Ga0.74Al0.12As/Al0.3Ga0.7As量子阱,在室温下激射波长在800 nm左右,其峰值材料增益在工作温度下达到4000 cm-1;渐变层为20 nm的Al0.9Ga0.1As/Al0.2Ga0.8As DBR,出光p面为23对时反射率为99.57%,全反射n面为39.5对时反射率为99.94%。设计的顶发射VCSEL结构通过光电集成专业软件(PICS3D)验证,得到室温下的光谱中心波长在800 nm处,证实了结构设计的正确性。     

980 nm高功率VCSEL的光束质量

利用CCD成像技术,设计出一种简单的测量垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光束质量因子M2的方法。在注入电流分别为900mA,1500mA,3000mA和6000mA时,对出光孔径300μm,激射波长为980nm的垂直腔底面发射激光器的束腰等光束参数进行了测量,并应用激光光束传播的高斯方程拟合求得了M2因子的值分别为66,58,44和53。另外,当注入电流为900mA和3000mA时,对器件的远场分布进行了分析并测得了器件的远场发散角,测量值与理论计算值吻合较好。     

大功率高可靠性垂直腔面发射激光器阵列研究

针对980nm激光波长设计了InGaAs/GaAsP材料多周期增益量子阱结构。垒层采用带隙更宽的GaAsP材料代替常规GaAs,改善了效率随温度升高而降低的问题,同时又能满足长寿命激光工作的需要。周期增益量子阱结构提高了有源区的单程增益,降低了阈值,提高了输出功率。制作出新结构的集成单元数为4×4,单元直径30μm的阵列器件,工作电流为5.88A时连续激光功率达到2W;窄脉冲宽度1μs,重复频率100Hz,工作电流60A时输出功率达到30W,且均未达到饱和状态。此阵列器件在工作电流为1～4A时发散角半宽均小于16°。利用加速老化方法对阵列器件的寿命进行了测试,推算出30℃的寿命可达5280h以上,并分析了影响大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)可靠性的主要因素。     

微小孔阵列垂直腔面发射激光器的研究

在980nm波长的大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的基础上制备了高输出功率的微小孔阵列半导体激光器,其最大输出光功率达到了1mW。介绍了针对微小孔阵垂直腔面发射激光器的特殊制备工艺,并对其特性进行了分析。     

基于AlN膜钝化层的高功率垂直腔面发射激光器

高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)内部的自生热是影响器件功能的重要因素,为改善器件的散热性能,采用AlN膜做钝化层研制了基于AlN膜钝化层的980 nm高功率VCSEL器件。对高功率VCSEL进行模拟仿真与理论分析表明,采用AlN膜钝化层可以改善器件内部的温度分布,降低器件的热阻,提高器件的散热能力;采用相同的外延片与工艺实验制备了出光孔径同为200μm的AlN膜钝化层和传统的SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件;对两种不同的钝化层的器件性能进行了实验对比测试,结果表明AlN膜钝化层的高功率VCSEL器件室温下的最大输出功率可达470 mW,比同温度下SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件的最大输出功率高140 mW。AlN膜钝化层的高功率VCSEL在外界温度80℃时,仍能正常激射,具有良好的温度适应性与光电性能。     

VCSEL稳态热特性分析

使用数值方法对氧化层限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)内部稳态热场分布进行了计算,结果显示其分布形式取决于DBR区热导率及其与高阻限制层热导率的差异,并指出在限制层孔径变化及外加电极电压变化时对热场分布的影响;器件中温度最高的部分处于中心氧化限制层附近。有源层中温度沿径向的分布情况表明,在氧化限制孔径下方形成明显的温度台阶是导致器件有源层中产生折射率台阶的主要原因。     

国外军用大功率半导体激光器的发展现状

由于半导体激光器具有体积小、结构简单、质量轻、转换效率高、可靠性好、寿命长、易于调制及与其他半导体器件易于集成等特点,可应用于军事、工业、医疗、通信等领域,尤其是在激光制导跟踪、激光雷达、激光引信、激光测距、激光通信、激光模拟武器、激光瞄准告警和光纤陀螺等军事领域得到广泛应用.概述了近年来美国和欧洲等国家在半导体激光器方面的主要研制计划及其所取得的成果,重点介绍了GaAs基和InP基近红外大功率半导体激光器、中远红外及太赫兹量子级联半导体激光器等的发展现状和最新研制成果.随着新型半导体材料、激光器结构和热管理等技术的发展,展望了未来半导体激光器技术的发展趋势.     

用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs的ICP刻蚀工艺研究

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀设备对应用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs材料进行刻蚀工艺研究。该刻蚀实验采用光刻胶作为刻蚀掩模,Cl2/BCl3作为刻蚀工艺气体,通过实验分析总结了ICP源功率、射频偏压功率和腔体压强对GaAs/AlGaAs材料和掩模刻蚀速率的影响。利用扫描电子显微镜观察不同参数条件对样品侧壁垂直度和底部平坦度的影响。最终在保证高刻蚀速率的前提下,通过调整优化各工艺参数,得到了侧壁光滑、底部平坦的圆台结构。     

纳米孔径垂直腔面发射激光器的制备及特性

在850 nm波长垂直腔面发射激光器的基础上制备了纳米孔径垂直腔面发射激光器.当小孔尺寸为400 nm×400 nm时,在25 mA驱动电流下,其最大输出光功率达到了0.3 mW,功率密度约为2 mW/μm2.文中介绍了纳米孔径垂直腔面发射激光器的制备工艺,并对它的光谱特性和寿命特性进行了分析.