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垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)憑借其低閾值、圓形光斑、單縱模、低溫漂系數(shù)、高可靠性及易于二維集成的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于泵浦源、消費(fèi)電子、3D傳感、醫(yī)療美容等多個(gè)領(lǐng)域。然而,傳統(tǒng)VCSEL在輸出功率方面存在一定的局限,為提高功率,通常采用增大氧化孔徑、多結(jié)結(jié)構(gòu)以及擴(kuò)大陣列規(guī)模等方法。這些手段雖然能夠增加輸出功率,但卻導(dǎo)致發(fā)散角增大和橫模變?yōu)楦唠A模等問(wèn)題,進(jìn)而使光束質(zhì)量(Beam Parameter Product,BPP)下降,最終導(dǎo)致亮度急劇降低。因此,高功率與高光束質(zhì)量之間的制約,成為了VCSEL技術(shù)發(fā)展的核心難題之一,也極大地限制了其在激光雷達(dá)、空間光通信等需要高亮度光源的遠(yuǎn)程探測(cè)與照明系統(tǒng)中的應(yīng)用。

為解決這一瓶頸,中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所固態(tài)光電信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室鄭婉華院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大學(xué)等單位,創(chuàng)新性地提出二維固態(tài)激光陣列(SSLA)解決方案。該技術(shù)通過(guò)將大尺寸高功率VCSEL陣列與薄型Nd:YVO4激光晶體直接集成,構(gòu)建出緊湊型二維面陣激光器結(jié)構(gòu),在實(shí)現(xiàn)功率等比擴(kuò)展的同時(shí)能顯著提升光束質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,這款3×3 mm2 的SSLA陣列在1 μm中心波長(zhǎng)下,單脈沖能量達(dá)4.7 mJ,光光轉(zhuǎn)換效率52%,面光源亮度高達(dá)1.27 kW·cm-2·sr-1,較傳統(tǒng)VCSEL陣列提升近三個(gè)數(shù)量級(jí)。其創(chuàng)新性體現(xiàn)在:①各發(fā)光單元保持M2<1.5的優(yōu)異光束質(zhì)量;②繼承VCSEL陣列的固有激光發(fā)射陣列模式;③突破功率擴(kuò)展與光束退化的傳統(tǒng)矛盾。這種“高功率-高亮度-高集成"三位一體的技術(shù)突破,為遠(yuǎn)程探測(cè)系統(tǒng)提供了輕量化的高亮度光源解決方案。此外,這項(xiàng)二維固態(tài)激光陣列技術(shù)的突破,不僅為傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展開(kāi)辟了新的可能,也為高速數(shù)據(jù)傳輸、三維成像、精密測(cè)距等新興領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在未來(lái),隨著技術(shù)的不斷成熟,面陣激光源的可芯片化設(shè)計(jì)將成為激光技術(shù)發(fā)展的重要方向,推動(dòng)激光技術(shù)向更高效、更緊湊的未來(lái)邁進(jìn)。

該研究成果以“Scaled-up 2D Solid-State Laser Array”為題,發(fā)表于Optics Letters(《光學(xué)快報(bào)》),并被選為Editor's pick(“編輯精選”)。半導(dǎo)體所博士生張妮慧和國(guó)科大單珍嬌為論文共同第一作者,渠紅偉研究員、周旭彥副研究員和齊愛(ài)誼副研究員做出了重要貢獻(xiàn)。該工作得到了鄭婉華院士的悉心指導(dǎo)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
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半導(dǎo)體激光器,是一種將電能直接轉(zhuǎn)換為一束聚焦光的半導(dǎo)體設(shè)備。它利用半導(dǎo)體pn結(jié)將電流轉(zhuǎn)換成光能,并通過(guò)電子和空穴的復(fù)合產(chǎn)生激光。

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在本次展會(huì)上,廣東硬科院&卓劼激光隆重展示了包括266nm深紫外固體激光器和光纖耦合輸出系列藍(lán)光半導(dǎo)體激光器在內(nèi)的多款核心技術(shù)產(chǎn)品,同時(shí)展出了在新能源電池、電動(dòng)汽車、電力設(shè)施以及3C電子產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的客戶實(shí)際應(yīng)用案例...

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全面現(xiàn)貨供應(yīng)、提供快速交付的全球電子元器件和自動(dòng)化產(chǎn)品分銷商?DigiKey,日前高興地宣布于 2024 年首兩個(gè)季度大幅擴(kuò)張產(chǎn)品線。其中包括在其核心業(yè)務(wù)?DigiKey 市場(chǎng)和?DigiKey 代發(fā)計(jì)劃中增加 150...

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