几种新体制半导体激光器及相关产业的现状、挑战和思考

发布时间：2021-08-16 12:50

　　半导体激光器产业体量大、辐射和带动能力强,作为激光器工业的基础,被广泛应用在光通信、光信息处理、新型加工、激光显示、生物和医学传感等工业、军事和消费生活领域。为了适应逐渐扩大的应用范围,满足不同应用场景所提出的新要求,半导体激光器领域近年来通过学科交叉渗透不断地引入了各种新机制、新概念以及新结构,大大优化了其波长覆盖范围、光束质量、器件体积和功耗、调制速度以及输出功率。本文通过对比几种新型激光器的物理内涵、结构设计及制备手段,介绍了几种应用前景广泛且发展势头强劲的半导体激光器。结合我国相关产业的发展现状指出,半导体激光器产业的发展仍然应与应用紧密结合,通过市场和强大的系统开发能力闭环优化器件性能,提升核心技术,通过交叉学科融通不断引入新概念、新结构和新工艺。同时,结合国内政策导向优势,在垂直外腔面发射激光器、微纳结构激光器以及拓扑绝缘体激光器等几个发展势头强劲的新型激光技术中加大投入,进行批量生产和可控制备研发,力争在国际相关领域的竞争中抢占战术制高点。 

【文章来源】：中国工程科学. 2020,22(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

垂直外腔面发射激光器

光泵浦垂直外腔面发射激光器（OP-VECSEL），又称光泵浦半导体激光器（OPSLs），或半导体碟片激光器（SDL），是半导体激光与固体激光结合的产物。它的增益芯片采用半导体材料，与垂直腔面发射激光器（VCSEL）非常相似；谐振腔结构则采用固体激光器构型，通常由半导体芯片上的分布布拉格反射镜（DBR）和外腔镜共同构成；泵浦方式通常使用光泵浦，可以提供更灵活的工作方式和更优良的器件性能。VECSEL使用半导体芯片作为增益物质，可以提供多种波长选择和宽谱的调谐范围。基于固体激光器的光学腔使其可以方便进行腔内光学元件插入，易于进行脉冲压缩、和频、差频及光束整形，可以产生如超短脉冲激光、特殊波长激光、太赫兹激光、多色激光等，满足多种特殊应用需求。由于OP-VECSEL的上述特点，目前该领域的主要研究内容集中在提高输出功率、波长可调谐性，激光超短脉冲或超强脉冲产生以及特殊波长或多波长设计等方面。就波长覆盖范围来讲，VECSEL激光器目前已经实现了紫外波段到可见光波段再到红外波段甚至太赫兹波段的全波段覆盖。表1给出了不同波段VECSEL激光器的一些典型参数。通过腔内倍频VECSEL实现的最短激射波长可以达到244 nm[1]，使用双波长腔内差频实现的最长波长也可以达到1.9 THz[2]。目前，VECSEL激光器的最高单片输出功率纪录为106 W[3]，最高重复频率为175 GHz[4]，最小脉冲宽度为60 fs[5]。


本文编号：3345704