在激光技術快速發展的今天，高功率和窄譜寬激光器已成為(wei) 眾(zhong) 多科學與(yu) 工業(ye) 領域的核心需求。近期，長光華芯CTO、四川大學王俊教授研究團隊開發的一款780nm寬條分布反饋（DFB）激光器取得重大突破，室溫連續輸出功率超過10W。這項研究成果在光子學領域權威期刊《IEEE Photonics Journal》上發表，展現了團隊在高性能激光器設計方麵的重要進展。

研究背景   

780 nm激光器是堿金屬蒸汽激光器（DPAL）的關(guan) 鍵泵浦光源，在精密科學、工業(ye) 加工以及國防領域中具有廣泛需求。然而，傳(chuan) 統的Fabry-Pérot（FP）激光器雖然功率高，但光譜寬度過大且波長穩定性差，難以滿足應用需求。分布反饋（DFB）激光器因其嵌入布拉格光柵，可實現窄譜寬和良好的波長穩定性，成為(wei) 理想選擇。然而，在實現高功率和窄譜寬兼顧的同時，仍存在諸多技術難題。DFB激光器發展曆程如圖1所示，相比於(yu) 9xxnm器件，7xxnm 芯片的功率的發展是相對落後，這主要受到市場需求和材料的限製，需要解決(jue) 的問題也就是功率提升和內(nei) 置光柵的生長。

780nm寬區DFB激光器的報道較少，在2005年，費迪南-布勞恩研究所(FBH)設計了50um條寬的780nm DFB激光器，功率為(wei) 2.4W，這是迄今為(wei) 止780nm DFB激光器的最高功率。對於(yu) 抽運堿金屬激光係統，寬區DFB激光器在多個(ge) 側(ce) 模式下工作，會(hui) 導致不可避免的光譜展寬，但它們(men) 可以提供十倍於(yu) RW器件的輸出功率。因此，開發高功率寬區780nm DFB激光器至關(guan) 重要，為(wei) 科學和工業(ye) 應用帶來了新的可能。

圖1 7xxnm與(yu) 9xxnmDFB激光器的發展曆程

研究亮點 

四川大學電子信息學院及蘇州長光華芯光電技術股份有限公司王俊教授研究團隊聚焦於(yu) 780 nm波長，深入研究了限製寬區DFB激光器輸出功率的因素，攻克了多個(ge) 技術難點，如光柵設計和材料生長。設計了一種基於(yu) InGaAsP/InGaP材料的DFB激光器，結果如圖1所示，在室溫下實現了超過10 W的連續輸出功率，譜線寬度(FWHM)小於(yu) 0.5 nm，可以在寬電流和寬溫度範圍內(nei) 有效地工作。

圖1 780nm寬區DFB激光器外延結構及光柵層序

01、優(you) 化光柵設計

該研究團隊基於(yu) 耦合模理論（CMT）構建了光柵分析模型，通過調整光柵耦合強度（κL控製在0.4-0.6之間）和光柵與(yu) 量子阱的相對位置，計算結果如圖2所示，較小的光柵耦合係數會(hui) 帶來外耦合光的比例增加，從(cong) 而提高功率和效率。較遠的光柵位置顯著降低了光損耗和載流子複合的影響，確保了較高的輸出功率和低電壓。

圖2 （a）DFB激光器的諧振腔損耗隨光柵耦合強度的變化與(yu) 等效FP前腔反射率隨光柵耦合強度的關(guan) 係。（b）光柵耦合係數與(yu) 光柵層到有源區的距離及光柵厚度的關(guan) 係

02、材料與(yu) 工藝創新

光柵區域采用了低損耗、低應力的三層InGaP/InGaAsP/InGaP結構，避免了傳(chuan) 統材料（如GaAsP）中因應力導致的光柵吸收和缺陷問題。優(you) 化的二次外延工藝進一步減少了界麵氧汙染，使氧含量降至1E16數量級，大幅提升了器件效率和可靠性。

圖3  (a) DFB在外延方向的橫截麵和光柵的掃描電鏡（SEM）圖像，標記了二次外延的開始。插圖顯示了光柵的放大視圖。(b)lnGaAsP光柵的透射電鏡圖像，(c)傅裏葉變換後的高分辨率圖像。

圖4 O和Al的SIMS譜圖，Al作為(wei) 標記層。

03、卓越性能

研究人員在12 A電流和20 °C溫控下對器件進行了性能測試，如下圖5和圖6所示，激光器實現了連續輸出功率超過10 W，光譜寬度（FWHM）小於(yu) 0.5 nm。這一功率水平創下了780 nm波段DFB激光器的最高紀錄，同時在寬電流與(yu) 溫度範圍內(nei) 保持了良好的鎖波特性。

圖5 (a) 780 nm DFB-BA激光器（實線）和FP-BA激光器（虛線）的性能進行比較，采用相同的垂直設計，在散熱器溫度為(wei) 20“C的條件下進行測試。(b)在12a電流下，光譜圖

圖6 (a)溫度範圍為(wei) 20°C~ 60°C，12a時DFB激光器的光譜特性 (b)連續變電流下DFB激光器在20°C時的光譜圖，強度用假色圖表示。

總結與(yu) 展望

綜上，該團隊為(wei) 高功率、窄譜寬激光器的發展樹立了新標杆。並將在未來進一步優(you) 化設計，以滿足更廣泛的工業(ye) 和科研需求。此外，這項研究的技術方法還可推廣至其他波段的激光器設計。高功率窄譜寬激光器的應用前景無疑是廣闊的。從(cong) 科學儀(yi) 器到工業(ye) 生產(chan) ，再到醫療設備，它們(men) 將助力多個(ge) 領域實現技術跨越。