長春光機所在低發散角半導體激光器芯片技術上獲得突破

　　近日，由中科院長春光學精密機械與物理研究所發光學及應用國家重點實驗室大功率半導體激光器課題組佟存柱研究員承擔的中科院知識創新工程領域前沿項目“大功率高亮度光子晶體激光器及列陣”取得了階段性進展。他們通過布拉格反射波導結構成功將半導體激光快軸(垂直)發散角從40o降低到7.5o，慢軸(水平)發散角7.2o，實現近圓形光束出光。

　　一直以來，半導體激光器的最大缺點之一是它較大的發散角，以及橢圓形出光光斑，這導致較差的光束質量。而光束質量反映的是激光的可匯聚性，直接影響到實際應用。目前商業化的半導體激光器均采用全反射波導結構(如圖1(a))，該結構的激光諧振腔狹小，不對稱，導致快軸發散角高達30o-60o，慢軸發散角10o。

　　研究小組采用雙邊橫向布拉格反射波導結構(如圖1(b))，該結構通過光子禁帶原理進行光學導波，所限制模式為光學缺陷模式，可以有效壓縮激光的遠場發散角。在成功解決了光子晶體缺陷模式與全反射模式競爭、高質量厚尺度(>10微米)外延生長技術問題后，研究實現了該器件室溫連續激射。器件工作于808nm，輸出功率>2W，斜率效率0.531W/A，快、慢軸發散角被降低到7.5o和7.2o，出光光斑近圓形 (如圖2)。

　　該類器件結構不僅可以用于量子阱激光器，還可以拓展到不同波長、不同增益介質的半導體激光器，如量子點、量子級聯激光器等，這可以從芯片結構角度徹底改變半導體激光器發散角大而不對稱的缺點。該器件核心結構已經申請國家發明ZL4項，目前，研究人員正在抓緊時間優化工藝，進一步提高器件的性能，努力實現實用化。