Large-area High Power 940 nm Photonic Crystal Laser

TANG Yingxiang; WANG Chao; XIAO Yao; ZHANG Zhicheng; LUO Chen; ZHONG Chongxi; ZHANG Yan; ZHAO Wu; LI Shunfeng; WANG Wenxin; WANG Jun

doi:10.37188/CJL.20240264

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Large-area High Power 940 nm Photonic Crystal Laser

Device Fabrication and Physics | 更新时间：2025-04-21

- Large-area High Power 940 nm Photonic Crystal Laser
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 46, Issue 4, Pages: 713-720(2025)
- 作者机构：
  
  1.淮阴工学院电子信息工程学院，江苏淮安 223003
  2.四川大学电子信息学院，四川成都 610041
  3.国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南长沙 410003
  4.苏州长光华芯光电技术股份有限公司，江苏苏州 215163
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/CJL.20240264
  CLC： TN248.4
- CSTR：32170. 14. CJL. 20240264
- Received：03 December 2024，
  
  Revised：21 December 2024，
  
  Published：25 April 2025
- 稿件说明：
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唐英翔,王超,肖垚等.大面积高功率940 nm光子晶体面发射激光器[J].发光学报,2025,46(04):713-720.

TANG Yingxiang,WANG Chao,XIAO Yao,et al.Large-area High Power 940 nm Photonic Crystal Laser[J].Chinese Journal of Luminescence,2025,46(04):713-720.
唐英翔,王超,肖垚等.大面积高功率940 nm光子晶体面发射激光器[J].发光学报,2025,46(04):713-720. DOI： 10.37188/CJL.20240264. CSTR： 32170. 14. CJL. 20240264.

TANG Yingxiang,WANG Chao,XIAO Yao,et al.Large-area High Power 940 nm Photonic Crystal Laser[J].Chinese Journal of Luminescence,2025,46(04):713-720. DOI： 10.37188/CJL.20240264. CSTR： 32170. 14. CJL. 20240264.

摘要

光子晶体面发射激光器（PCSEL）可以利用带边谐振效应实现大面积相干振荡，是一种能实现高亮度单模激射的新型半导体激光器。这使得PCSEL在激光雷达与3D传感等领域具有很好的应用前景。本文设计了一种正方单晶格非对称锥形空气孔结构的PCSEL，通过增加光子晶体占空比提高基模与高阶模之间的阈值差异，实现大模式面积下高功率单模激光输出。实验表明，研制的940 nm PCSEL在10 μs脉冲泵浦下输出功率达到5.1 W，斜率效率达到0.43 W/A，其远场光斑呈现出1°发散角的单瓣分布，并具有80%偏振度的线偏振特性；进一步地，在5 ns脉冲条件下，其输出功率高达35 W。该器件的研发可为激光雷达系统提供良好的光源。

Abstract

Photonic crystal surface emitting laser （PCSEL） can achieve large-area coherent oscillation by utilizing band-edge resonance effects， making it a new type of semiconductor laser capable of high-brightness single-mode emission， including highly collimated beams， power scaling with area， and low divergence angles， which gives PCSEL great application prospects in the fields such as lidar and 3D sensing. This paper designs a square single-crystal lattice asymmetric conical air hole structure for the PCSEL. By increasing the duty cycle of the photonic crystal， the threshold difference between the fundamental mode and higher-order modes is enhanced， enabling high-power single-mode laser output over a large mode area. Experimental results show that the developed 940 nm PCSEL achieves an output power of 5.1 W under 10 μs wide pulse pumping， with a slope efficiency of 0.43 W/A， and its far-field light spot exhibits a single-lobe distribution with a 1° far-field divergence angle， with a linearly polarized characteristic and an 80% polarization. Furthermore， under 5 ns narrow pulse conditions， the output power reaches as high as 35 W. The development of this device can provide a good light source for laser radar systems.

关键词

Keywords

references

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