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高亮度边发射半导体激光器及其脉冲驱动研究进展OA

Advances in High-brightness Edge-emitting Semiconductor Lasers and Their Pulsed Driving

中文摘要英文摘要

高亮度边发射半导体激光器具有高电光转换效率、高光束质量、高峰值功率等优势,在材料加工、医疗和激光雷达等领域得到了广泛应用.然而,实现兼具高输出功率与高光束质量的边发射激光器仍面临挑战,这一难点也成为高亮度边发射半导体激光器的研究焦点.本文首先总结了近年来国内外高功率、高光束质量边发射激光器研究进展,梳理了激光器的侧向模式控制以及垂直远场发散角优化方法.其次介绍了脉冲驱动技术,该技术有助于改善有源区热积累,获得高峰值功率,从而实现高亮度输出.多有源区隧道结激光器峰值功率在 100 W 时亮度可达到 300 MW·cm-2·sr-1,高亮度垂直宽区边发射(High-brightness vertical broad-area edge-emitting,HiBBEE)可减小垂直远场发散角,进一步提升光学系统耦合效率,降低准直及聚焦透镜成本.最后,结合驱动技术和高亮度激光器的发展现状和未来需求,对实现高性能脉冲驱动高亮度半导体激光器进行了展望.

High-brightness edge-emitting semiconductor lasers,with advantages such as high electro-optical con-version efficiency,high beam quality,and high peak power,have been widely applied in various fields,including material processing,medical treatment,and light detection and ranging(LiDAR).However,it remains challenging to achieve edge-emitting lasers with both high output power and high beam quality,and this challenge has become a research focus in the field of high-brightness edge-emitting semiconductor lasers.First,this paper systematically summarizes the research progress of high-power and high-beam-quality edge-emitting semiconductor lasers both do-mestically and internationally in recent years,outlines the methods for lateral mode control and vertical far-field di-vergence angle optimization of such lasers.Second,it presents the pulsed driving technology,which helps alleviate thermal accumulation in the active region,achieve high peak power output,and thereby enable high-brightness oper-ation of the device.The brightness of the multi-active-region tunnel junction lasers can reach 300 MW·cm-2·sr-1 at a peak power of 100 W.The High-brightness vertical broad-area edge-emitting(HiBBEE)laser can reduce the verti-cal far-field divergence angle,further improving the coupling efficiency of the optical system and lowering the cost of collimating and focusing lenses.Finally,combined with the current development status and future requirements of driving technologies and high-brightness lasers,this paper provides an outlook on the realization of high-performance pulsed-driven high-brightness semiconductor lasers.

高翔;BIMBERG Dieter;刘祥;薛晓娥;崔晓宁;郑思睿;SANA Fatima;汪丽杰;佟存柱;田思聪

中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,Bimberg中德绿色光子学研究中心 & 特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林 长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,Bimberg中德绿色光子学研究中心 & 特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林 长春 130033||柏林工业大学 固体物理研究所纳米光学中心,德国 柏林 D-10623中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,Bimberg中德绿色光子学研究中心 & 特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林 长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,Bimberg中德绿色光子学研究中心 & 特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林 长春 130033中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,Bimberg中德绿色光子学研究中心 & 特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林 长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,Bimberg中德绿色光子学研究中心 & 特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林 长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,Bimberg中德绿色光子学研究中心 & 特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林 长春 130033||中国科学院大学,北京 100049吉光半导体科技有限公司,吉林 长春 130031吉光半导体科技有限公司,吉林 长春 130031中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,Bimberg中德绿色光子学研究中心 & 特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林 长春 130033

信息技术与安全科学

半导体激光器高功率高光束质量高亮度脉冲驱动

semiconductor lasershigh-powerhigh beam qualityhigh-brightnesspulsed driving

《发光学报》 2026 (4)

582-601,20

国家重点研发计划(2023YFE0111200)国家自然科学基金(62061136010,61774156,62174159)中国科学院青年创新促进会(Y2022067)中德科学中心合作交流项目(M0386)吉林省重大科技专项(20240201002GX)Supported by National Key R&D Program of China(2023YFE0111200)National Natural Science Foundation of China(62061136010,61774156,62174159)CAS Youth Innovation Promotion Association(Y2022067)Sino-German Center for Research Promotion(Joint Mobility Program of DFG and NSFC,M0386)Science and Technology Development Plan Project of Jilin Province(20240201002GX)

10.37188/CJL.20250272

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