大功率垂直腔面发射激光器的相干性控制

大功率垂直腔面发射激光器（VCSEL）在激光泵浦、激光雷达、材料微加工、成像、空间光通信、激光显示方面具有越来越引人注目的应用前景。可是其低的相干性限制了它的应用，因此如何提高它的相干性具有重要的研究意义。.实现相干的关键是在器件中引入模式选择和相位控制机制。对大口径VCSEL（大功率VCSEL），本项目提出在P面DBR上制备方形或矩形金属网格微结构阵列，于是将大出光口径VCSEL转化为多个单模腔的耦合矩阵，利用金属膜形成一定的光反射，与P面DBR共同构成二维布拉格反射镜结构，对VCSEL的纵向和横向模式进行选择，且对相邻VCSEL单元进行相位锁定。在N面出光面制作与金属网格结构对称的方形/矩形阵列，进一步增强对模式的选择。将上述均匀金属网格阵列构造成非均匀结构实现VCSEL阵列的相干耦合。通过上述手段，获得高相干度和低发散角的VCSEL，单管连续输出50mW，阵列连续输出>300mW。

利用COMSOL软件，建立了VCSEL列阵结构参数影响相干性的理论模型。优化了相干垂直腔面发射激光器的结构设计和关键工艺技术。提出了大功率垂直腔面发射半导体激光器相干性测试方法。研制出两种高相干性的VCSEL列阵：（1）高相干性垂直腔面发射半导体激光器结构优化研制出单管连续输出28mW，4×4列阵连续输出350mW，远场发散角4.6o的大功率输出VCSEL器件，相干度为0.6。（2）研制出三角形排布、相干度为0.72、连续输出功率为90mW的VCSEL列阵。提出了光子晶体结构的大功率相干列阵结构，完成了结构设计优化，实验工作正在进行。培养博士研究生3人，硕士研究生2人。申请发明专利4项，发表SCI论文2篇、EI收录论文27篇。获奖三项：虚拟现实中快速碰撞检测技术研究，吉林省自然科学学术成果奖评审委员会, 2013吉林省自然科学学术成果奖, 二等奖；海量数据文本快速分类方法研究，吉林省自然科学学术成果奖评审委员会, 2013吉林省自然科学学术成果奖, 三等奖；数字媒体与人机交互关键技术研究，吉林省自然科学学术成果奖评审委员会, 吉林省自然科学学术成果奖, 二等奖。