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科学|垂直腔面发射半导体激光器的特性及其研究现状！( 七 )


5 结束语
经过40年的发展 ， 面发射半导体激光器技术和应用已经取得了显著成果 ， 其未来发展有以下方面：1）更高输出功率；2）扩展输出波长；3）高度集成化 。
可以通过4个方面提高功率输出：1）增加抽运尺寸 ， 同时控制腔内的放大自发发射 ， 减少增益损耗 。 2）进一步改善热管理 ， 如使用导热性高的金刚石散热片和热沉 ， 利用脉冲抽运 ， 设计和制造双散热结构 ， 低热阻半导体结构等等 。 通过以上方法 ， VCSEL和OP - VECSEL单管输出功率有望增加到数十瓦和数百瓦水平并保持优良的光束质量 。 3）使用多个增益芯片（目前最多有三个芯片） ， 同时增加增益芯片面积 。 4）激光合束 ， 可通过相干合束和非相干合束来获得 ， 同时可保持优异的光束质量 。
扩展波长可通过以下方式实现：1）使用现有的半导体材料系统 ， 找到合适的抽运源和抽运方式获得新波长 ， 如GaN材料系统直接激发的蓝光 ， 若能同时具有高功率和良好的光束质量将获得诸多应用 。 然而 ， 合适的抽运光源并不容易获得 。 2）通过使用新型材料系统或新型非线性光学技术获得新的波长 。 各种非线性光学频率转换可扩大波长的范围：腔内倍频、三倍和四倍、和频产生 ， 双波长激光器差频产生等 ， 将波长扩展到200 nm以下的深紫外和5 μm以上的中红外波段 ， 以此来填补现有波长的空白区域 。
高度集成化是指在一个半导体衬底上整合多个功能块 。 例如抽运源、可饱和吸收镜等器件 ， 抽运源与VECSEL增益结构的集成已有相关报道 。 这种集成抽运的VECSEL可降低器件组装难度 ， 易于制造大功率激光器 ， 从而降低设备成本并扩大激光器的潜在市场 。 功能组件集成的另一个例子是锁模集成外腔面发射激光器 ， 其中增益区和可饱和吸收区域集成在衬底上 。 通过这些方式 ， 可以产生更加简单、紧凑、易于制造和便宜的设备 ， 以及实现更好的性能和新颖的功能 。 未来发展功能集成可以帮助VECSEL在商业上得到更广泛的应用 ， 特别是在低成本和大批量应用中 ， 如移动投影显示器等领域 。
总而言之 ， 面发射半导体激光器正通过技术推动和市场拉动扩大其影响力 。 现有和正在开发的产品在市场推动下将刺激新商业的出现 ， 例如数瓦级红、绿和蓝VECSEL用于激光投影仪 。 近期 ， 苹果公司宣布iPhone 8即将采用VCSEL为其新的后置3D成像系统提供光源 ， 可更快的实现摄像头对焦 。 此外 ， 还能实现精准的深度映射 ， 从而有助于在增强现实技术中的应用 。 紧凑、高效和高性能的可定制波长的激光器将会扩大现有商业应用中的使用 ， VCSEL将会在某些应用领域替代现有激光技术 。 如可输出蓝光和绿光的Ar离子气体激光器 ， 在过去是共焦荧光显微镜和抽运钛宝石的唯一激光源 ， 后来在很大程度上被全固态激光器取代 ， 而由于VCSEL波长可调谐、功率高、光束质量高 ， 加之器件结构紧凑、效率高、可靠性高 ， 逐渐取代固态激光器 。 VCSEL将在新型科学应用（如分子光谱学、激光陀螺仪、微波光子学和原子钟等）得到更加广泛地应用 。


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