雙波長輸出半導體(ti) 激光器在幹涉測量、光譜分析、幹涉成像以及差頻太赫茲(zi) 等領域有重要應用前景。垂直外腔麵發射半導體(ti) 激光器（Vertical External Cavity Surface-Emitting Laser，VECSEL）結合了固體(ti) 激光器高光束質量和半導體(ti) 激光器波長豐(feng) 富的特點，可以同時實現高輸出功率、良好的光束質量、大的覆蓋波長範圍等。同時，VECSEL擁有靈活的外腔腔型，可以通過在腔內(nei) 加入光學元件實現濾波及調諧、鎖模、倍頻等功能。近年來，采用VECSEL方案實現激光的雙波長輸出成為(wei) 該領域研究的熱點。

據麥姆斯谘詢報道，來自中國科學院長春光學精密機械與(yu) 物理研究所的張建偉(wei) 教授團隊提出了一種采用單個(ge) 增益芯片實現雙波長輸出的光泵浦垂直外腔麵發射半導體(ti) 激光器（VECSEL）。該VECSEL雙波長穩定輸出時的最大激光功率可以達到560 mW，光斑在正交方向呈現對稱高斯形貌，正交方向發散角分別為(wei) 6.68°和6.87°。相關(guan) 研究成果已發表於(yu) 《紅外與(yu) 毫米波學報》期刊。

這項研究提出的VECSEL係統由泵浦激光、熱沉及控溫TEC、增益芯片和輸出耦合鏡組成。增益芯片發光區由兩(liang) 組不同發光波長的量子阱組成，其中一組發光波長較短的量子阱采用吸收區泵浦的方式，另一組發光波長較長的量子阱采用阱內(nei) 泵浦方式。VECSEL工作時，增益芯片底部的熱沉溫度通過半導體(ti) 製冷片TEC控製。

（a）雙波長VECSEL增益芯片外延結構圖；（b）VECSEL增益芯片有源區能帶圖

VECSEL係統示意圖

在VECSEL工作時，吸收區泵浦的短波長量子阱率先激射，由於(yu) 發光波長較長的量子阱對短波長量子阱的強度調製效應，此時可以觀察到兩(liang) 種波長的光譜峰值強度隨時間周期性振蕩，采用高靈敏探測器觀察到VECSEL此時的輸出激光呈現出脈衝(chong) 輸出形式。隨著泵浦功率進一步增加，VECSEL的輸出激光呈現穩定的雙波長輸出。在襯底溫度為(wei) -10℃時，實現了雙波長輸出最大功率達到了560 mW，激光波長分別在967.5 nm和969.8 nm。另外，采用提出的這種方案，在泵浦功率較低時，還可以實現VECSEL的脈衝(chong) 調製現象。雙波長輸出VECSEL具有高斯對稱的光斑形貌，兩(liang) 個(ge) 正交方向上的激光發散角僅(jin) 有6.68°和6.87°。

TEC控溫溫度為(wei) -10℃時，不同泵浦功率下VECSEL的激光光譜圖

在-10℃溫度下VECSEL在泵浦功率為(wei) 5 W時的輸出遠場分布，插圖為(wei) 輸出光斑二維彩圖

總而言之，這項研究提出了采用兩(liang) 組不同發光波長的量子阱作為(wei) 發光層的VECSEL增益芯片結構，通過改變外部光學泵浦功率水平，實現了穩定的雙波長輸出。這種新型增益芯片結構將在實現雙波長激光以及光調製等應用中具有很好的發展前景。

以上內(nei) 容來自MEMS