垂直腔面发射激光器研究进展 Research Progress of Vertical-cavity Surface-emitting Laser 1 2 first-author 张继业(1990-), 男, 辽宁丹东人, 博士研究生, 2013年于中国矿业大学获得学士学位, 主要从事垂直外腔面发射激光器的研究。E-mail:846810633@qq.com 张继业 (1990-), 男, 辽宁丹东人, 博士研究生, 2013年于中国矿业大学获得学士学位, 主要从事垂直外腔面发射激光器的研究。E-mail: 846810633@qq.com 846810633@qq.com 1 2 1 1 corresp NING Yong-qiang, E-mail:ningyq@ciomp.ac.cn NING Yong-qiang, E-mail:ningyq@ciomp.ac.cn 宁永强(1965-), 男, 吉林长春人, 博士, 研究员, 1999年于中国科学院长春物理研究所获得博士学位, 主要从事大功率垂直腔面发射激光器的研究。E-mail:ningyq@ciomp.ac.cn 宁永强 (1965-), 男, 吉林长春人, 博士, 研究员, 1999年于中国科学院长春物理研究所获得博士学位, 主要从事大功率垂直腔面发射激光器的研究。E-mail: ningyq@ciomp.ac.cn ningyq@ciomp.ac.cn 1 corresp WANG Li-jun, E-mail:ljwang2013ys@163.com WANG Li-jun, E-mail:ljwang2013ys@163.com 王立军(1946-), 男, 吉林舒兰人, 研究员, 中国科学院院士, 博士研究生导师, 1982年于吉林大学获得硕士学位, 主要从事激光技术等领域的基础及应用研究。E-mail:ljwang2013ys@163.com 王立军 (1946-), 男, 吉林舒兰人, 研究员, 中国科学院院士, 博士研究生导师, 1982年于吉林大学获得硕士学位, 主要从事激光技术等领域的基础及应用研究。E-mail: ljwang2013ys@163.com ljwang2013ys@163.com 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033 State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL）是40多年前被发明的，具有很多独特的优势，例如尺寸小、功耗低、效率高、寿命长、圆形光束以及二维面阵集成等。近年来，VCSEL市场发展迅速，在5G通信、光信息存储、3D传感、激光雷达、材料加工以及激光显示等领域被广泛应用。针对不同的应用需求，VCSEL的功率、速率、能效、高温性能以及波长的多样性等性能都有了长足的进步。本文首先介绍了VCSEL的研究历程和优点特性；综述了VCSEL在高功率、高速、高温下工作等方面的研究进展和应用现状；最后对VCSEL的最新应用做了介绍，展望了VCSEL的市场。 The vertical-cavity surface emitting laser(VCSEL) was invented 40 years ago, where a lot of unique features can be expected, such as small footprint, low power consumption, high efficiency, long lifetime, circular beam and two-dimensional arrangement and so on. In recent years, the market of VCSELs has been growing up rapidly, and VCSELs are now key devices in the fields of 5G communication, optical information storage, 3D sensing, material processing, light detection and ranging(LiDAR), and laser display. For different application requirements, VCSEL has great achievements in the area of power, efficiency, speed and wavelength. In this paper, firstly, the research history and advantages of VCSEL are introduced; then, the research progress and application status of VCSEL at high power, high speed and high temperature are reviewed; lastly, the latest application of VCSEL is introduced, and the market of VCSEL is prospected. 垂直腔面发射激光器 高功率 高速 高温 vertical-cavity surface emitting laser(VCSEL) high power high speed high temperature 引言 1 半导体激光器是信息化社会最具有代表性的关键光电子器件之一，已经在许多领域得到广泛的应用。研究人员在边发射激光器(Edge emitting laser, EEL)的研制过程中遇到了阵列制备工艺复杂、器件测试困难以及输出模式和波长难以控制等问题。因此，在1977年，日本东京工业大学教授K Iga提出了一种VCSEL的概念 [ 1 1 ] ，并在1979年采用GaInAsP材料体系在77 K温度下首次实现脉冲输出 [ 2 2 ] 。如 图 1 图 1 所示 [ 1 1 ] ，VCSEL是一种在与半导体外延片垂直方向上形成光学谐振腔、发出的激光束与衬底表面垂直的半导体激光器结构。 在这样的面发射半导体激光器结构中，光的输出端和器件底端都需要反射镜，而反射镜的高反射率对降低阈值电流密度起着非常巨大的作用。因此，人们针对高反射率的反射镜进行了各种研究，例如介质膜分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg reflectors，DBR)、半导体DBR、复合反射镜以及金属膜反射镜等 [ 3 3 ] 。GaAs材料体系的VCSEL从1983年开始研究，到1986年实现低阈值的微腔操作 [ 4 4 ] ，这期间采用两种不同类型的膜以四分之一波长的厚度交替生长而成的DBR能实现光强反射，反射率达到了99%以上。到了1988年，VCSELs器件采用多层SiO 2 / TiO 2 介质膜DBR，首次实现了850 nm的室温连续激射 [ 5 5 ] 。然而，虽然数对介质膜DBR即可实现高反射率，但是这种结构不导电且散热性差。为了改进这一状况，1986年首次实现了AlGaAs/GaAs DBR的VCSEL器件 [ 6 6 ] 。由于p型AlAs/Al 0.1 Ga 0.9 As DBR具有较高的势垒电阻，因此该器件只在n侧使用半导体DBR，而另一侧反射镜采用Au/SiO 2 镜面组成。为了改进半导体DBR的势垒电阻问题，许多研究机构进行了报道 [ 6 6 - 9 9 6-9 ] 。其中代表性的器件是采用高浓度Zn掺杂的AlAs层制备p型DBR [ 7 7 ] 。此外，为了避免DBR的高势垒电阻问题，VCSEL器件采用光泵浦方式工作 [ 8 8 ] ，或者减少一侧DBR的层数和一个外部输出耦合镜相结合 [ 9 9 ] ，实现连续输出。而量子阱(Quantum wells, QWs)和量子点(Quantum dots, QDs)结构应用于VCSEL的有源区域时，进一步提高了VCSEL输出性能 [ 1 1 ] 。随后，VCSEL器件的深入研究展现了其本身所具有的独特优势，实现了高功率输出 [ 10 10 - 11 11 10-11 ] 、高调制速率 [ 12 12 - 13 13 12-13 ] 以及高温稳定 [ 14 14 ] 等性能。 与传统的EEL结构不同，VCSEL结构是由上下DBR、QWs、氧化孔径和上下金属电极组成。其有源区位于n型掺杂的DBR和p型掺杂的DBR之间。这种结构具有很多独特的优势。 (1) 光束质量：VCSEL的出射光是从一个圆形对称的台面中出射，输出小发散角的圆型对称光斑，通过简单的光束整形系统，就可以实现低成本高效率的耦合； (2) 阈值低：由于VCSEL有源区的体积小，容易实现低阈值激射，甚至可以达到μA量级； (3) 无镜面损伤：VCSEL的反射镜是外延生长的两个DBR，不存在激光腔面光学损伤问题； (4) 稳定性和可靠性：组成VCSEL的半导体材料折射率随温度变化很小，导致器件的激射波长温漂小，具有非常宽的工作温度范围； (5) 单纵模输出：VCSEL的谐振腔长度很短，即μm量级，纵模间距较大，只在单纵模下输出，可以得到较大的弛豫振荡频率； (6) 大尺度二维阵列：VCSEL的出光方向垂直于基底，易于实现高密度二维阵列集成的大功率输出且低成本制造的晶圆测试。 随着VCSEL的大口径以及二维阵列的开发，VCSEL的输出功率有了显著的提高。针对高功率半导体激光器在激光泵浦、医疗、军事以及材料加工等应用领域的需求日益增长，高功率VCSEL成为很重要的一个研究方向。而且近年来，VCSEL在消费市场的应用越来越广泛，包括激光雷达(Light detection and ranging, LiDAR)、距离传感、自动对焦、3D传感、虹膜识别、空气和水质检测以及虚拟现实(Virtual reality, VR)/增强现实(Augmented reality, AR)/混合现实(Mixed reality, MR)等等，针对高功率VCSEL的需求也越来越大。同时，由于先进驾驶系统(Advanced driving assistance systems，ADAS)、云计算、物联网技术与5G通信技术等应用愈发成熟，信息的快速爆炸产生了对数据带宽大幅增长的需求。而VCSEL具有较大的弛豫振荡频率，可以实现高调制带宽，因此在光互连和光数据网络的应用中占据主导地位。而能应用于光互联、3D传感、车载雷达、原子钟等领域，是由于VCSEL的关键特性：稳定的高温性能和对温度变化不敏感。为满足这些应用需求，高温稳定工作、可靠性高的VCSEL近年来越来越受到关注。 随着新应用的出现，VCSEL技术有了显著的改进，VCSEL的性能优化得到各方研究人员的重视。本文主要集中探讨VCSEL器件在高功率、高速及高温下工作的研究进展以及应用前景。 高功率VCSEL 1 高功率VCSEL研究进展 2 在VCSEL发展之初，主要在降低阈值、扩大输出波长范围和高速调制等方面进行研究，直到1996年才对提高VCSEL输出功率方面展开了研究。高功率VCSEL器件最早是由德国乌尔姆(Ulm)大学开始研制，分别制备了顶发射和底发射的980 nm VCSELs单管器件，室温下连续输出功率分别达到180 mW和350 mW [ 15 15 ] 。随后，美国加州大学伯克利分校制备了940 nm VCSELs单管器件，连续输出功率达到2 W，脉冲输出功率达到5 W [ 16 16 ] 。2001年，德国Ulm大学报道了320 μm口径的VCSEL单管器件，980 nm波长的输出功率为0.89 W，二维列阵器件达到1.55 W [ 17 17 ] 。2005年，中科院长春光机所制作的500 μm口径VCSEL单管器件实现了室温连续输出，达到了1.95 W [ 18 18 ] 。同年，美国普林斯顿光电公司(Princeton Optronics)采用金刚石散热片在直径350 μm器件上实现了连续输出达到3 W [ 19 19 ] 。为了进一步提高功率，VCSEL阵列器件的开发成为人们关注的焦点，其中Princeton Optronics公司是目前最先进的，代表了高功率VCSEL的最高水平。2008年，该公司在5 mm×5 mm的VCSEL阵列器件上实现了功率为45 W的输出，如 图 2 图 2 所示 [ 20 20 ] 。随后，该公司设计了单元更加紧凑的VCSEL列阵，在热沉温度为15 ℃下，连续输出功率达到231 W，脉冲输出达到数千瓦，实现了国际最高水平 [ 21 21 ] 。 在国内，中科院长春光机所于2011年实现了980 nm VCSEL单管脉冲输出达到92 W [ 22 22 ] ，4×4 VCSEL阵列脉冲输出达到123 W [ 23 23 ] 。2014年，中科院长春光机所采用4个高功率VCSEL单管串联连接形成列阵，将脉冲输出功率提高到210 W [ 24 24 ] 。 808 nm波长的VCSEL首次由英国威尔士卡迪夫大学在1999年提出 [ 23 23 ] ，但是由于GaAs材料体系对808 nm波长有强烈的吸收，因此808 nm波长的高功率VCSEL器件在早期一直未得到实现。直到2009年，美国Princeton Optronics公司将VCSEL芯片衬底完全去除并焊接在金刚石热沉上，在3 mm×3 mm芯片上集成了3 000个发光单元形成VCSEL阵列，连续输出功率超过58 W [ 25 25 ] 。为了进一步提高功率，该公司制作出尺寸为5 mm×5 mm的VCSEL面阵，连续输出功率超过120 W [ 26 26 ] 。之后，该公司集成了多个该VCSEL面阵列实现连续输出功率超过650 W [ 27 27 ] 。2011年，该公司使用12块2.7 mm×2.7 mm的VCSEL阵列实现了500 W的准连续输出 [ 28 28 ] ，随后，又将该模块的输出功率提高到1.2 kW [ 29 29 ] 。2012年，该公司设计了VCSEL圆形阵列，峰值输出功率为810 W，如 图 3 图 3 所示 [ 30 30 ] 。2017年，该公司又研制了峰值功率高达2.3 kW的VCSEL阵列 [ 31 31 ] 。 然而，国内对于808 nm VCSEL研究仅限于小尺寸VCSEL阵列器件的研制。2011年，中科院长春光机所制备了2×2单管发光直径70 μm的808 nm VCSEL列阵，连续输出功率仅为115 mW [ 32 32 ] 。2014年，中科院长春光机所对VCSEL的DBR的材料进行了优化设计，采用非闭合环结构制备2×2 VCSEL列阵，实现了脉冲输出功率为30 W [ 33 33 ] 。 最初对1 060 nm VCSEL的研究主要集中在低功耗通信器件上。而1 060 nm波长的高功率VCSEL的开发也取得了不错的成果。2007年，美国Princeton Optronics公司研制出高温工作下的1 064 nm VCSEL阵列模块，连续输出功率达到40 W。2014年，该公司将6个高性能VCSEL阵列组成模块，实现输出300 W的功率 [ 34 34 ] 。 VCSEL器件通过增加出光窗口的孔径和二维集成阵列的密度，实现了输出功率在几百毫瓦到几千瓦之间的裕度。然而，高功率VCSEL单管或阵列器件均为多横模输出，导致输出光束的光束质量很差。因此，如何实现高功率单横模激射是目前研究的一个热点。具有大出光窗口孔径的VCSEL器件虽然能够保证高功率的输出，但这种大孔径窗口结构的注入电流分布不均匀，导致输出模式很差。通过优化p面金属电极来改变注入电流的分布，能够改变输出光的模式。2011年，长春理工大学通过在p面金属电极上采用分布式环形电极，制备了300 μm口径的顶发射808 nm VCSEL单管器件，连续输出功率达到300 mW，远场发散角半角宽度小于13°，如 图 4 图 4 所示 [ 35 35 ] 。2012年，中科院长春光机所采用三维有限元方法分析了电极结构对有源区内电流密度分布的影响，优化p面金属电极，使注入电流均匀地分布。该机构制备的980 nm VCSEL单管器件在室温下连续输出功率达到1.46 W，发散角为5.4°，而8×8 VCSEL阵列输出光束的发散角为10.2°，连续输出功率达到了1.95 W [ 36 36 ] 。 另一种改善光束质量的方法是在VCSEL器件刻蚀微结构。2009年，中科院长春光机所在980 nm VCSEL器件的衬底上制备了直径为300 μm的微透镜，连续输出功率超过了180 mW，远场发散角半角宽度分别为7.8°和8.4°，如 图 5 图 5 所示 [ 37 37 ] 。同年，该机构又制备了6×6微透镜集成的980 nm VCSEL列阵，最高输出功率达到1.17 W，远场发散角约为6° [ 38 38 ] 。2012年，该机构在VCSEL表面制备金属光栅，实现输出功率为860 mW，远场光束发散度被抑制到12°，如 图 6 图 6 所示 [ 39 39 ] 。2014年，日本滨松光子学K.K.中央研究室通过在有源区沉积光子晶体结构制备了940 nm VCSEL单管器件，实现了超过1 W的连续输出，而光束质量接近1 [ 40 40 ] ，这是里程碑式的进步。 为了解决高功率VCSEL光束质量差的问题，研究者又提出了垂直外腔面发射激光器。根据泵浦方式的不同，可分为光泵浦垂直外腔面发射激光器(Optically-pumped vertical external cavity surface emitting laser, OP-VECSEL)和电泵浦垂直外腔面发射激光器(Electrically-pumped vertical external cavity surface emitting laser, EP-VECSEL)。2003年，美国诺瓦卢公司研制了980 nm的EP-VECSEL，实现了0.5 W基模( M 2 ≈1.0~1.2)和1 W的多模( M 2 ≈10~20)输出，如 图 8 图 8 所示 [ 41 41 ] 。2009年，美国Princeton Optronics公司研制出了980 nm的EP-VECSEL阵列，包含475个发光单元，基模连续和脉冲输出功率分别达到42 W和155 W [ 42 42 ] 。 对于OP-VECSEL而言，其制备技术已经比较成熟。研究人员对其散热结构和泵浦方式进行了改进，有效地提高了OP-VECSEL的输出功率。2003年，德国Osram半导体公司将OP-VECSEL芯片在衬底去除后和金刚石散热片相结合，实现了最大功率达到8 W的1 000 nm波长输出， M 2 < 1.8 [ 43 43 ] 。2006年，三星尖端技术研究所设计出底端泵浦的1 060 nm OP-VECSEL，模输出功率可达到7 W( M 2 < 1.5)，最大输出功率为9.1 W，如 图 9 图 9 所示 [ 44 44 ] 。2008年，瑞士苏黎世联邦理工学院RUDIN等获得960 nm波长的20 W的基模输出，光束质量 M 2 ≈1.1 [ 45 45 ] 。2012年，德国菲利普马尔堡大学联合报道了工作温度3 ℃下，OP-VECSEL激射波长为1 028 nm，单横模连续输出功率达到106 W [ 46 46 ] 。2016年，德国菲利普马尔堡大学采用两个增益芯片结构的OP-VECSEL器件实现了激射双波长为1.01 μm和1.02 μm，连续输出功率超过600 W [ 47 47 ] 。2019年，中科院长春光机所研制了980 nm OP-VECSEL，单横模连续输出功率达到10 W [ 48 48 ] 。 应用前景 2 高功率VCSEL在保留前面所叙述的固有优点的基础上，能够实现更高的输出功率，使其在多个领域有望取代传统的高功率EEL。由于VCSEL的特殊结构，使其在光纤耦合方面具有天然的优势 [ 49 49 ] 。因此，980 nm和808 nm VCSEL能够成为掺铒光纤放大器和Nd:YAG、Nd:YVO 4 固体激光器的新型泵浦光源 [ 50 50 - 51 51 50-51 ] 。同时，VCSEL的激射波长最大只有几个纳米的线宽，使色彩数量比发光二极管(Light-emitting diode, LED)的色彩标准增加了30%~40%，提高了光调制的效率，并且其成本低、效率高、寿命长。这些优点使VCSEL在腔内或腔外倍频后产生三基色激光，可以作为激光显示的光源，如 图 10 图 10 所示 [ 41 41 ] 。目前，激光电视已经在市场上广受好评。 近红外照明(808~1 064 nm)用于摄像机系统的监视和检查，它可以拍摄高速和困难条件下的物体图片，如 图 11 图 11 所示 [ 52 52 ] 。由于VCSEL的光束整形高效且简单，避免了LED宽发射模式所需的复杂光学系统，使得VCSEL阵列成为一个良好的辐射源。此外，VCSEL阵列的亮度比最亮的LED高出10~100倍，可在数百米的距离进行聚焦照明。该应用中最重要的优势可能是对特定区域进行非常均匀的照明，宽高比可以根据相机的需要进行调整。虽然不同的波长都可以用于红外照明，但通常会在响应性、眼睛安全、成本和效率等方面进行权衡。例如，808 nm光源为CCD相机提供了最佳的响应率，但对于高功率光源来说，它对眼睛不安全，不能用于隐蔽的应用。976 nm光源可用于基于Si或InGaAs的探测器，虽然具有较低的响应率，但可降低对眼睛的损伤，并可用于隐蔽应用。在1 064 nm区域，基于InGaAs的相机的响应率要好得多。它被认为是一种隐秘的波长，可以降低对眼睛的损伤。 高功率VCSEL系统不仅仅是一种新型的激光光源，它们有可能重新定义工业热处理工艺。这种紧凑而坚固的系统可以很容易地集成到制造设备中，或者集成在生产线上，取代了长度超过1 m的熔炉。VCSEL加热系统的定向激光辐射将高红外功率光束集中到一个明确的目标区域，无需复杂的光束整形系统或扫描单元。目标上的每一点都由许多单独的VCSELs辐射，以促进其均匀性和坚固性。VCSEL加热模块的功率密度足以使塑料材料高速熔化。相关的工业工艺的例子是塑料零件的成型，以及通过塑料焊接或热熔胶将零件连接起来。而VCSEL加热系统也可用于物体表面、油漆、涂料和薄膜的干燥和固化过程。作为工业加热工艺的进一步研究领域，VCSEL技术对钢件的局部热处理正是当下研究的热点。特别是针对加热轮廓的精确空间和时间控制是有利的，例如在工件的尖锐边缘，很难用传统技术进行处理。 高速VCSEL 1 随着计算机性能和互联网流量数据爆炸性增长，采用常规的电气互联已经不再适合。光互连(Optical interconnect，OI)技术具有更高的带宽、更低的能耗以及更小的尺寸等优点，因此已广泛应用于数据中心和超级计算机 [ 53 53 ] 。1996年，美国霍尼韦尔公司首次将基于VCSEL的短距离OI技术应用于数据通信 [ 54 54 - 55 55 54-55 ] 。现今，VCSEL已经成为短距离OI技术的主要激光光源以及开发其他OI系统的关键组件。因此，许多研究机构对高速VCSEL产生了极大的兴趣，并进行了深入研究。 目前，基于使用标准OM3、OM4或新OM5多模光纤(MMF)的系统，850 nm波长是短距离数据通信的主流。850 nm高速VCSEL外延工艺较为成熟，传播损耗低(2~3 dB/km)，作为短距离OI系统中的重要器件已经开始批量生产。2008年，美国菲尼萨公司(Finisar)制备了常规的850 nm VCSEL，有源区采用非应变GaAs QW，AlGaAs作为势垒层，氧化口径为6 μm，在25 ℃时，实现了30 Gbps的调制速率，调制带宽达到了19 GHz [ 56 56 ] 。与GaAs QW相比，压应变InGaAs QW具有更大的微分增益，可以用于高速VCSEL。2009年，瑞典查尔莫斯科技大学(CUT)使用InGaAs量子阱和双氧化层技术实现了20 GHz调制带宽、32 Gbps的调制速率 [ 57 57 ] 。2012年，CUT在室温下实现了28 GHz调制带宽、44 Gbps调制速率 [ 58 58 ] 。随后，该机构又研究了光子寿命和信号传输速率之间的关系，通过优化光子寿命进一步提高了VCSEL性能，报道了氧化口径8 μm的器件在25 ℃下，实现了57 Gbps的无误码传输和24 GHz的带宽 [ 59 59 ] 。2015年，CUT与美国国际商业机器公司(IBM)合作，引入均衡功能，将驱动电路、退耦电容和VCSEL集成化，在室温下将无误码数据传输速率提高到71 Gbps，在90 ℃环境中传输速率达到50 Gbps，如 图 12 图 12 所示 [ 60 60 ] 。 与此同时，其他研究机构也针对850 nm波长的高速VCSEL器件进行了研究。2009年，德国柏林工业大学(TUB)报道了氧化口径为9 μm的器件，可以实现在室温工作条件下40 Gbps无差错数据传输 [ 61 61 ] 。美国IBM和Finisar公司在2012年共同报道了55 Gbps直接调制的光互联技术 [ 62 62 ] ，之后又将调制速率提高到56.1 Gbps [ 63 63 ] 。2013年，中国台湾中央大学报道了4 μm氧化口径的VCSEL，在85 ℃工作温度下，调制带宽为22.4 GHz，调制速率达到34 Gbps，如 图 13 图 13 所示 [ 64 64 ] 。该研究机构在2015年使用氧化物浮雕结构来减少寄生效应和Zn掺杂的扩散，从而将光学孔径限制在较窄的光谱宽度并减小差分电阻，在25 ℃下得到了41 Gbps的传输速率 [ 65 65 ] 。2016年，伊利诺伊大学香槟分校报道了高速850 nm VCSEL，展现了50 Gbps无误码传输和28.2 GHz的3 dB调制带宽 [ 66 66 ] 。该器件采用双氧化层结构来减小寄生效应，在n型DBR中引入二元材料AlAs层来降低热效应，显著地提高了VCSEL的调制带宽。 980 nm VCSEL在数据通信领域尤为重要，尤其是对于波分复用(Wavelength division multiplexing，WDM)和自由空间光通信方面 [ 67 67 ] 。980 nm高速VCSEL通常采用应变InGaAs/GaAs QWs作为有源区。与850 nm VCSEL相比，980 nm VCSEL通常具有更深的QW，即有In组分可以抑制非平衡载流子的逸出并因此提高温度稳定性。在980 nm发射的InGaAs QW具有更大的微分增益和更低的透明载流子密度，有望实现更高的转换效率、更高的调制带宽、更低的阈值电流和更高的可靠性。由于较小的能带带隙，980 nm VCSEL的工作电压较低，这对于低压互补金属氧化物半导体驱动器是很重要的。另外，由于GaAs衬底在980 nm处的透明性，所以980 nm VCSEL可以设计为底部发射结构。2007年，加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校制备了氧化口径为3 μm的980 nm VCSEL，在4.4 mA电流下实现了35 Gbps的无误码传输，工作温度为20 ℃。该器件在DBR中采用了锥型氧化孔来减少光损耗，利用多层氧化层以降低电容，并且在上DBR中优化了p掺杂分布来降低电阻，从而产生大于20 GHz时最大为3 dB的调制带宽 [ 68 68 ] 。2011年，德国TUB通过缩短腔长到半波长和调整DBR中的掺杂等方法，在室温下实现了44 Gbps的无误码传输 [ 69 69 - 70 70 69-70 ] 。2014年，该机构制备了 λ /2厚的光腔980 nm VCSEL，实现了23.9 GHz的3 dB调制带宽，并在室温下以50 Gbps的速率实现了无误码传输 [ 71 71 ] 。2017年，德国TUB报告了简单的VCSEL，该VCSEL采用简化的外延层设计，没有复杂的氧化层结构，在光腔的n-DBR和p-DBR侧都有一个半波长腔和单层氧化层，用于限制光场和载流子，实现了具有31~34 GHz的3 dB小信号调制带宽 [ 72 72 - 73 73 72-73 ] 。2018年，德国TUB报道了3 μm小口径980 nm VCSEL，在25 ℃工作条件下，创造了35.5 GHz的带宽新记录 [ 74 74 ] 。 对于1 100 nm波长的VCSEL而言，它们的能带隙甚至更小，因此其工作电压比980 nm VCSEL的低。但是与以较短波长发射的VCSEL相比，1 100 nm VCSEL通常具有较高的自由载流子损耗, 目前对这个波段的报道较少。2006年，日本电气公司(NEC)制备了氧化物限制VCSEL，在室温下实现了无误码的25 Gbps调制速率和高达20 GHz的3 dB调制带宽 [ 75 75 ] 。随后，该公司继续对1 100 nm高速VCSEL进行研究，通过使用掩埋隧道结，在室温下使用24 GHz 3 dB调制带宽的VCSEL完成了30 Gbps和40 Gbps无误码传输的报道 [ 76 76 - 77 77 76-77 ] 。 高速VCSEL有3个主要的带宽限制因素：寄生电容限制、阻尼限制和热效应限制。为了获得高调制带宽，则需要降低这3种限制因素。针对寄生效应，应尽可能地降低VCSEL器件的电阻和电容来实现，采用的方法有：优化DBR中的导带和价带界面以及掺杂分布 [ 65 65 , 68 68 ] 、在信号焊盘下面使用低介电常数的厚聚绝缘材料作为支撑物 [ 64 64 ] 、引入多个深氧化层以及质子注入技术 [ 57 57 , 66 66 ] 。为了降低阻尼限制，高速VCSEL的优化方法有两种：使用应变QW [ 68 68 ] 以及采用半波长腔和小氧化物孔径 [ 69 69 - 74 74 69-74 ] 。而热效应则通过降低VCSEL的串联电阻 [ 65 65 , 68 68 ] 、采用高导热率的DBR [ 66 66 ] 、采用镀铜散热片 [ 14 14 ] 等方法来缓解。 近几年报道的研究显示调制带宽基本在30 GHz左右，通过优化后可以接近35 GHz，这被认为是常规氧化物限制VCSEL的极限 [ 78 78 ] 。传统的短距离光互联技术是将VCSEL和MMF通过不归零调制方案(Non-return-to-zero，NRZ)直接调制检测，适用于25 Gbps光纤链路。但是随着数据流量的增长，需要开发出更高的调制速率链路，并且调制速率的提升依赖于调制方式和电子驱动设备的技术进步。想要提高调制速率，需要引入各种新的技术，包括数字信号处理(Digital signal processing, DSP)、WDM、前向纠错(Forword error correction, FFC)、脉冲整形等，还需要引入新的调制方式，例如四电平脉冲幅度调制(Four-level pulse amplitude modulation, PAM4)、无载波幅度相位调制(Carrierless amplitude/phase modulation, CAP)、离散多音频调制(Discrete multi-tone modulation, DMT)等。今后高速VCSEL的研究展开还需要向长波长方向延伸，例如1 310 nm波段和1 550 nm波段的光收发系统，这两个波段的光纤损耗远小于850 nm处的损耗，可以将通信距离延伸至20 km以上。但是，在该工作波段VCSEL芯片外延生长有较大难度，因此对于长波波段高速VCSEL还没有广泛应用于光互联。 高温工作VCSEL 1 随着VCSEL应用的市场需求日益多样化，许多应用领域需要VCSEL器件在高温环境下工作。这就需要VCSEL具有稳定的高温性能，尤其是在芯片级原子钟(Chip scale atomic clock, CSAC)上的应用。CSAC均采用VCSEL作为光源器件，需要VCSEL产生激光的阈值电流低，可以在芯片物理系统的高温环境(80~90 ℃)下稳定工作 [ 79 79 ] 。早在2000年，美国海军实验室及国家标准和科技学会就报道了运用VCSEL制作的原子钟，如 图 14 图 14 所示 [ 80 80 ] 。 为了进一步开发CSAC，各个研究机构针对高温稳定的VCSEL器件进行了积极的研究。2003年，德国Ulm大学通过在VCSEL表面刻蚀椭圆状的浮雕，制备出了能在85 ℃高温环境下工作的单模单偏振的VCSEL器件 [ 81 81 ] 。随后，德国Ulm大学利用表面倒光栅浮雕制作了850 nm VCSEL，其在90 ℃高温下的边模抑制比(Side-mode suppression ratio, SMSR)大于30 dB，正交偏振比(Orthogonal polarization suppression ratio, OPSR)大于20 dB，且其出光功率大于1 mW [ 82 82 ] 。2006年，美国桑迪亚(Sandia)国家实验室、迅腾公司和查尔斯·斯塔克·德拉普尔实验室联合通过刻蚀表面光栅，研制出了在1 mA的注入电流下实现SMSR > 35 dB的高性能VCSEL，其高温下的输出功率超过1 mW [ 83 83 ] 。隔年，美国Sandia国家实验室改进了850 nm VCSEL的表面光栅，控制偏振特性使其OPSR > 15 dB, 且在85 ℃高温下仍能保持单偏振工作 [ 84 84 ] 。2008年，德国Ulm大学提出了适用于Cs原子钟的895 nm VCSEL器件，在80 ℃下SMSR接近30 dB，OPSR接近40 dB [ 85 85 ] 。2013年，瑞士纳沙泰尔大学研制了用于原子相干布居俘获原理(Coherent population trapping，CPT)的微型Cs原子钟的894.6 nm VCSEL [ 86 86 ] 。2015年，美国Princeton Optronics公司开发了3种适用于原子钟的单频VCSEL，激射波长分别为780, 795，850 nm，单频输出功率达到100 mW [ 87 87 ] 。2019年，英国CST公司研制了专门为基于CPT的原子钟定制的892 nm VCSEL，SMSR超过30 dB，OPSR超过15 dB，甚至在70 ℃的高温下仍然表现出优越的性能 [ 88 88 ] 。 而国内致力于芯片级原子钟研究的机构较少。2009年，中北大学和清华大学联合设计了基于CPT原子钟的780 nm VCSEL，在75 ℃高温下最大输出功率接近0.5 mW [ 89 89 ] 。2013年，中科院长春光机所研制了Rb原子钟专用的795 nm VCSEL，75 μm口径的器件在85 ℃下，最大输出功率为1.8 mW [ 79 79 ] 。2015年，中科院长春光机所又研制了Cs原子钟专用的895 nm VCSEL，在110 ℃工作环境下，SMSR大于25 dB，阈值电流仅为0.32 mA，输出功率超过1 mW [ 90 90 ] 。2018年，中科院长春光机所采用浅表面光栅实现了一种偏振稳定的单模894 nm VCSEL，OPSR达到30 dB，甚至在温度高达80 ℃时输出性能也很优越 [ 91 91 ] 。2020年，北京工业大学研制了Cs原子钟专用的895 nm VCSEL，输出功率达到0.86 mW，SMSR大于20 dB [ 92 92 ] 。 另一方面，随着自主驾驶、移动互联网、云计算和物联网的不断发展，所需传输数据量与日俱增，这导致了能够支持更大容量的短距离OI技术得到迅猛发展。由于空气中巨大的传播损耗和色散，运用在OI系统上的高速VCSEL必须尽可能放置在集成电路(Integrated circuit，IC)上。然而，IC在高速运行过程中产生的热量会导致VCSEL器件的工作环境温度升高，从而影响其高速运行性能 [ 93 93 ] 。 为了保持VCSEL在高温环境下的高速性能，各个研究机构展开了研究。2005年，美国E2O公司采用AlGaInAs材料体系，研制出工作温度85 ℃下1.3 μm波段连续波输出为0.6 mW的VCSEL。该器件在温度高达119 ℃下仍能单模连续输出，高速调制数据率高达10 Gbps [ 94 94 ] 。2007年，瑞典皇家理工学院研制出采用表面浮雕高应变InGaAs量子阱的1.28 μm VCSEL，在25 ℃时调制带宽为8 GHz，单模功率为1.2 mW；85 ℃时调制带宽为6 GHz，单模功率为0.6 mW [ 95 95 ] 。2010年，日本NEC公司采用应变补偿的InGaAs/GaAsP QWs制备了1.1 μm VCSEL，在100 ℃高温下，实现了25 Gbps无误码连续数据传输 [ 96 96 ] 。2014年，德国TUB制备了980 nm VCSEL，在25~85 ℃下，实现了38 Gbps无误码数据传输 [ 97 97 ] 。2015年，美国沃森研究中心报道了一种能够在30~90 ℃下NRZ调制的传输速率达到50 Gbps的850 nm VCSEL [ 98 98 ] 。2015年，中国台湾NCU采用波长失谐技术与表面浮雕相结合，提高了温度稳定性 [ 65 65 ] 。该器件在85 ℃的工作温度下调制速率为40 Gbps，最大调制带宽达到27 GHz。随后，该机构又展示了一种不对称的VCSEL腔结构，在85 ℃的工作温度下，仍能展示优越的速度和输出功率性能 [ 93 93 ] 。2017年，德国TUB调整VCSEL的镜面反射率，在25~75 ℃的宽温度范围内，实现了50 Gbps无误码的连续数据传输 [ 99 99 ] 。2019年，德国Ⅵ有限公司报道了单模850 nm VCSELs在无信号处理的情况下，实现了60 Gbps无误码的数据传输 [ 100 100 ] 。同年，北京工业大学采用高热导率的AlAs材料优化n型DBR反射镜，制作了氧化限制顶发射VCSEL，在0~70 ℃的温度下仍能满足25 Gbps工作要求 [ 101 101 ] 。 稳定的高温性能和对温度变化的不敏感是VCSEL器件在高温环境下工作的关键因素。CSAC和OI系统所应用的光源是高温工作VCSEL器件最具有代表性的应用方向。一般情况下，VCSEL的性能在高温下会严重退化，导致阈值电流增大，斜率效率降低，并且谐振载流子光子相互作用的本征阻尼也会影响VCSEL的调制速度。而增益-腔模失配型的VCSEL器件结构设计是针对高温环境采取的主要手段。新材料和新技术的引入将进一步提高VCSEL器件在高温环境下的输出性能。 最新VCSEL应用 1 自1990年以来，伴随着VCSEL器件性能的不断提高，VCSEL已经得到了市场的广泛认可，其应用领域也呈爆炸式增长。到2010年，VCSEL的应用领域从数据通信开始，接着是传感器、打印机和电脑鼠标。此后，虽然数据通信和传感的市场规模稳步增长，并有望进一步上升，占领VCSEL及其相关市场的主体；但是，VCSEL在新的应用领域却有着更广泛的应用，如红外照明、泵浦光源和工业加热。近年来，VCSEL在3D传感、LiDAR、VR/AR技术等领域得到了应用和发展，并且已经拓展到物联网的各个领域，如 图 15 图 15 所示 [ 102 102 ] 。 近几年，消费者市场对用于照明和传感的VCSELs的兴趣日益浓厚，尤其是用于3D传感和3D图像捕捉。对于这些应用，通常感兴趣的波长范围是830~950 nm，功率级别从几毫瓦到数百瓦不等。上述应用都是基于飞行时间(Time-of-flight，ToF)和连续/准连续结构光相结合的深度传感系统。而这些应用所采用的VCSELs光源具有较窄的频谱及对低温的依赖，使得使用更窄的滤波器成为可能，因此具有更好的信噪比性能。 自iPhone X脸部辨识启动3D传感应用后，市场对3D传感产生了巨大的兴趣。目前，智能手机的3D传感解决方案包括结构光和ToF法，采用VCSEL阵列光源在脸部投射数万个红外光的光点，经过红外摄像头再接收从脸部反射回来的红外光线，以创建3D人脸模型。2017年上市的智能手机iPhone X采用超过500像素的VCSEL，其峰值功率为3 W [ 103 103 ] 。2018年，德国欧司朗公司在脸部识别领域开发了尺寸仅为1.9 mm×2.2 mm×0.85 mm的940 nm VCSEL阵列，输出功率达到300 mW，照明角度为65°×78° [ 104 104 ] 。面部识别是当今3D传感的主要应用，但不是唯一的应用。 3D传感技术在汽车领域也变得越来越重要，无论是在车外还是车内。在户外，正在研究的LiDAR就是一种固态的3D激光扫描系统，用于自动驾驶汽车探测车辆周围的物体并绘制它们的距离。尤其是基于ToF深度传感的Flash LiDAR，在汽车领域将成为未来的发展趋势。Flash LiDAR系统结合了一个探测器阵列，其每个像素都测量视场部分的返回时间，以便提供距离信息。用于该应用的VCSEL阵列必须支持具有窄脉冲宽度和极低占空比的脉冲操作，其峰值功率需要达到数十瓦甚至数百瓦，以确保足够大的安全探测距离，同时确保眼睛安全。2016年，美国Trilumina公司研制了用于车载LiDAR的905 nm高功率VCSEL阵列，峰值功率达到80 W [ 105 105 ] 。2018年，中科院长春光机所开发了910 nm高功率VCSEL阵列，峰值功率达到100 W [ 106 106 ] 。2020年，Trilumina公司进一步开发了高功率VCSEL产品，包括100 W准连续输出照明器应用于短到中程的车载LiDAR和600 W闪光照明器应用于长程的车载LiDAR [ 107 107 ] 。 另外，对于应用其他领域的LiDAR的ToF传感器件，如发射器、接收器和驱动器，仍需要简化结构、降低成本和减小尺寸，并提高其输出功率和灵敏度。2018年，日本京都大学研制了双晶格光子晶体VCSEL单管器件，实现了小于0.3°的对称窄发散角光束，峰值功率达到10 W [ 108 108 ] 。2020年，美国弗吉尼亚大学和韩国先进纳米制造中心联合研制了集成GaN基高电子迁移率晶体管和基于GaAs基940 nm VCSEL的异质集成器件，具备了高分辨率3D真实世界成像的潜力 [ 109 109 ] 。2020年，中国瑞识科技专为应用于小型移动设备的LiDAR研制的VCSEL阵列，实现了1 ns脉冲驱动下，超过100 W的峰值功率，功率转换效率达到54% [ 110 110 ] 。 此外，近红外“智能照明系统”在提高成像传感器的性能和效用方面越来越受欢迎。该系统是底反射的VCSEL器件与集成的微透镜进行结合，不仅提供最佳的照明模式，而且可根据该系统的反馈信息，主动跟踪成像系统感兴趣的区域或对象，如 图 16 图 16 所示 [ 105 105 ] 。整体的照明模式是通过将激光阵列细分为若干子阵列来实现的。每个子阵列都有一个微透镜组合，而这些子阵列的偏移量计算为从子阵列中的VCSEL器件提供的照明场。每个子阵列将通过安装子独立寻址系统，来控制其开关，并且输出强度由系统处理器控制。每个子阵列都是照明成像系统整体视场的一部分。子阵列可以组合起来照明系统视场的较大部分，包括在需要时打开所有子阵列，或者从大视场中对感兴趣区域进行初始识别。采用“智能照明系统”的3D摄像头将是VCSEL下一个有吸引力的应用。从2019年开始，汽车上的3D摄像头系统将成为车舱内驾驶员监控系统。2020年，美国Trilumina公司在3D摄像头方面开发了直接封装到电路板上的VCSEL器件，连续输出达到3 W和4 W [ 107 107 ] 。同时，该公司又研制了8 W准连续输出的VCSEL阵列模块，可应用于汽车内部监控、手势识别、ADAS [ 108 108 ] 。 2019年，全球VCSEL市场价值为16.67634亿美元 [ 111 111 ] 。预计将从2020年的十多亿美元增长到2025年的二十多亿美元，年复合增长率为23.7% [ 112 112 ] 。由于VCSEL在新应用领域的需求不断增长，市场有望实现实质性的增长。消费电子产品、汽车和数据通信领域的最新技术的进步，将推动VCSEL市场的增长，以满足对先进产品不断增长的需求。 在预测期内，多模式输出的VCSEL(高速、高功率)预计将占据VCSEL的大部分市场份额。由于许多公司，如中国电信、美国Apple、欧洲的Interxion等，在其数据中心的全球扩张上进行了大量投资，用于短距离的高速率数据传输的高速VCSEL的需求预计将在预测期间以显著速度增长。同样，消费电子产品中3D传感的集成和激光雷达系统中高功率VCSEL的使用预计将在预测期内推动VCSEL的市场。 结论 1 本文首先回顾了VCSEL的研究历程和性能优势。随后针对VCSEL在功率、高速、高温稳定的性能方面展开介绍。高功率VCSEL的输出性能在保持良好的光束质量的同时，功率水平在几百毫瓦到几千瓦之间，裕度达到了4个数量级，在红外照明、泵浦光源、工业加热、LiDAR以及3D传感等应用领域的市场规模稳步增长。对于高速VCSEL的研究，其改进依然集中于提高带宽，实现了调制带宽接近35 GHz、传输速率超过50 Gbps。基于先进的调制格式(如PAM4、CAP、DMT等)和先进的信号处理技术(如DSP、WDM、FFC、脉冲整形等)实现了基于VCSEL的光链路更高的调制速率。在高温环境下工作，稳定的高温性能是一个重要的关键特性，这需要从VCSEL芯片表面刻蚀微结构及增益失谐设计等方面进行优化。针对CSAC光源，VCSEL已经实现单频输出功率达到100 mW。而在OI技术上的应用，VCSEL在高温下仍能完成60 Gbps无误码数据传输。并且新结构、新材料和新技术的引入进一步地提高了VCSEL的输出性能，从而拓展了VCSEL的应用领域。 VCSEL及其阵列开辟了一个并行的微光学世界，并为新型光电子系统的工业化做出了贡献。本文介绍的应用领域都是VCSEL未来发展的潜在方向。VCSELs具有生产效率高、可靠性高、功耗低、体积小等优点，是目前应用范围较广的光源。从数据通讯到智能传感，VCSEL的应用市场日益多样化，其正在成为支持当前和未来信息社会不可或缺的关键组件。 参考文献 IGA K. Vertical-cavity surface-emitting laser:its conception and evolution[J]. Jpn. J. Appl. Phys ., 2008, 47(1R):1-10. SODA H, IGA K I, KITAHARA C, et al .. GaInAsP/InP surface emitting injection lasers[J]. Jpn. J. Appl. Phys ., 1979, 18(12):2329-2330. 伊贺健一, 小山二三夫.面发射激光器基础与应用[M].郑军, 译.北京: 科学出版社, 2002. IGA K, KOYAMA F. Basic and Application of Surface Emitting Lasers [M]. ZHENG J, trans. Beijing: Science Press, 2002. (in Chinese) IGA K, KINOSHITA S, KOYAMA F. Microcavity GalaAs/GaAs surface-emitting laser with I th =6 mA[J]. Electron. Lett ., 1987, 23(3):134-136. KOYAMA F, KINOSHITA S, IGA K. Room-temperature continuous wave lasing characteristics of a GaAs vertical cavity surface-emitting laser[J]. Appl. Phys. Lett ., 1989, 55(3):221-222. KOYAMA F, UENOHARA H, SAKAGUCHI T, et al .. GaAlAs/GaAs MOCVD growth for surface emitting laser[J]. Jpn. J. Appl. Phys ., 1987, 26(7R):1077-1081. MIZUTANI A, HATORI N, NISHIYAMA N, et al .. MOCVD grown InGaAs/GaAs vertical cavity surface emitting laser on GaAs[J]. Electron. Lett ., 1997, 33(22):1877-1878. MCDANIEL D L, MCINERNEY J G, RAJA M Y A, et al .. Vertical cavity surface-emitting semiconductor laser with CW injection laser pumping[J]. IEEE Photonics Technol. Lett ., 1990, 2(3):156-158. HADLEY M A, WILSON G C, LAU K Y, et al .. High single-transverse-mode output from external-cavity surface-emitting laser diodes[J]. Appl. Phys. Lett ., 1993, 63(12):1607-1609. OKUR S, SCHELLER M A, SEURIN J F, et al. . High-power VCSEL arrays with customized beam divergence for 3D-sensing applications[C]. Proceedings of SPIE 10938, Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅩⅩⅢ, San Francisco , 2019: 109380F. EBELING K J, MICHALZIK R. VCSEL technology for imaging and sensor systems applications[C]. Proceedings of The 201722nd Microoptics Conference, Tokyo, Japan , 2017. LING W A, LYUBOMIRSKY I, RODES R, et al .. Single-channel 50 G and 100 G discrete multitone transmission with 25 G VCSEL technology[J]. J. Lightw. Technol ., 2015, 33(4):761-767. ISOE G M, WASSIN S, GIBBON T B. Multicast-enabled high-speed VCSEL technology for flexible data center networks[J]. Optoelectron. Lett ., 2018, 14(6):438-441. LEDENTSOVJR N, AGUSTIN M, SHCHUKIN V A, et al .. Quantum dot 850 nm VCSELs with extreme high temperature stability operating at bit rates up to 25 Gbit/s at 150℃[J]. Solid-State Electron ., 2019, 155:150-158. GRABHERR M, MILLER M, JAGER R, et al .. High-power VCSELs:single devices and densely packed 2-D-arrays[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron ., 1999, 5(3):495-502. FRANCIS D, CHEN H L, YUEN W, et al .. Monolithic 2D-VCSEL array with > 2 W CW and > 5 W pulsed output power[J]. Electron. Lett ., 1998, 34(22):2132-2133. MILLER M, GRABHERR M, KING R, et al .. Improved output performance of high-power VCSELs[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron ., 2001, 7(2):210-216. LI T, NING Y Q, SUN Y F, et al .. High-power InGaAs VCSEL's single devices and 2-D arrays[J]. J. Lumin ., 2007, 122-123:571-573. D'ASARO L A, SEURIN J F, WYNN J D. High-power, high-efficiency VCSELs pursue the goal[J]. Photonics Spectra , 2005, 39(2):62-66. SEURIN J F, GHOSH C L, KHALFIN V, et al .. High-power high-efficiency 2D VCSEL arrays[C]. Proceedings of SPIE Vertical-cavity Surface-emitting Lasers Ⅻ, San Jose, CA, USA , 2008: 690808-1-14. SEURIN J F, GHOSH C L, KHALFIN V, et al .. High-power vertical-cavity surface-emitting arrays[C]. Proceedings of SPIE 6876 , High-power Diode Laser Technology and Applications Ⅵ, San Jose, CA, USA , 2008: 68760D. ZHANG L S, NING Y Q, ZENG Y G, et al .. High-power bottom-emitting vertical-cavity surface-emitting lasers under continuous-wave, quasi-continuous-wave, and pulsed operation[J]. Appl. Phys. Express , 2011, 4(5):052102-1-3. 刘迪, 宁永强, 张金龙, 等.高功率InGaAs/GaAsP应变量子阱垂直腔面发射激光器列阵[J].光学精密工程, 2012, 20(10):2147-2153. LIU D, NING Y Q, ZHANG J L, et al .. High-power InGaAs/GaAsP strained quantum well vertical-cavity surface-emitting laser array[J]. Opt. Precision Eng. , 2012, 20(10):2147-2153. (in Chinese) ZHANG J W, NING Y Q, ZHANG X, et al .. High-peak-power vertical-cavity surface-emitting laser quasi-array realized using optimized large-aperture single emitters[J]. Jpn. J. Appl. Phys ., 2014, 53(7):070303. SUMMERS H D, PRESTON J M, KEMP A J, et al .. Microchip laser with vertical-cavity surface-emitting laser diode pump[C]. Proceeding of Technical Digest. Summaries of Papers Presented at the Conference on Lasers and Electro-optics. Postconference Edition. CLEO' 99. Conference on Lasers and Electro-optics, Baltimore, MD, USA , 1999: 517-518. SEURIN J F, XU G Y, KHALFIN V, et al .. Progress in high-power high-efficiency VCSEL arrays[C]. Proceeding of SPIE 7229, Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅩⅢ, San Jose, CA, USA, 2009: 722903-1-11. SEURIN J F, XU G Y, GUO B M, et al .. Efficient vertical-cavity surface-emitting lasers for infrared illumination applications[C]. Proceedings of SPIE 7952, Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅩⅤ, San Francisco, CA, USA , 2011: 79520G-1-10. VAN LEEUWEN R, XIONG Y H, WATKINS L S, et al .. High power 808 nm VCSEL arrays for pumping of compact pulsed high energy Nd: YAG lasers operating at 946 nm and 1064 nm for blue and UV light generation[C]. Proceedings of SPIE 7912, Solid State Lasers ⅩⅩ : Technology and Devices, San Francisco, CA, USA , 2011: 79120Z-1-7. VAN LEEUWEN R, ZHAO P, CHEN T, et al .. High power high repetition rate VCSEL array side-pumped pulsed blue laser[C]. Proceedings of SPIE 8599, Solid State Lasers ⅩⅫ: Technology and Devices, San Francisco, CA, USA , 2013: 85991I-1-6. VAN LEEUWEN R, XIONG Y H, SEURIN J F, et al .. High-power vertical-cavity surface-emitting lasers for diode pumped solid-state lasers[C]. Proceedings of SPIE 8381, Laser Technology for Defense and Security Ⅷ, Baltimore, Maryland, USA , 2012: 83810I-1-7. ZHOU D L, SEURIN J F, XU G Y, et al .. Progress on high-power 808 nm VCSELs and applications[C]. Proceedings of SPIE 10122 , Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅩⅪ, San Francisco, CA, USA , 2017: 1012206. 张艳. 808-nm垂直腔面发射激光器的结构设计与研制[D].长春: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 2011: 71-72. ZHANG Y. Structural Design and Fabrication of 808 - nm Vertical-cavity Surface-emitting Laser [D]. Changchun: Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, 2011: 71-72. (in Chinese) 张金胜.高功率半导体激光器结构研究[D].长春: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 2014: 89-92. ZHANG J S. Investigations on The High Power Semiconductor Laser Structure [D]. Changchun: Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, 2014: 89-92. (in Chinese) ZHOU D L, SEURIN J F, XU G Y, et al .. Progress on vertical-cavity surface-emitting laser arrays for infrared illumination applications[C]. Proceedings of SPIE 9001, Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅩⅧ, San Francisco, CA, USA, 2014: 172-176. HAO Y Q, LUO Y, FENG Y, et al .. Large aperture vertical cavity surface emitting laser with distributed-ring contact[J]. Appl. Opt. , 2011, 50(7):1034-1037. ZHANG X, NING Y Q, ZENG Y G, et al .. 980-nm high-power low-divergence VCSELs achieved by optimization of current density distribution[J]. IEEE J. Quantum Elect. , 2012, 48(1):42-48. 王贞福, 宁永强, 张岩, 等.微透镜集成大功率垂直腔面发射激光器[J].中国激光, 2009, 36(8):1963-1967. WANG Z F, NING Y Q, ZHANG Y, et al .. High-power and microlens-integrated vertical cavity surface emitting lasers[J]. Chin. J. Lasers , 2009, 36(8):1963-1967. (in Chinese) WANG Z F, NING Y Q, ZHANG Y, et al .. High power and good beam quality of two-dimensional VCSEL array with integrated GaAs microlens array[J]. Opt. Express , 2010, 18(23):23900-23905. ZHANG X W, NING Y Q, QIN L, et al .. The design and analysis of sub-wavelength metal-grating large-aperture VCSELs[J]. Appl. Phys . B, 2012, 109(1):171-175. HIROSE K, LIANG Y, KUROSAKA Y, et al .. Watt-class high-power, high-beam-quality photonic-crystal lasers[J]. Nat. Photonics , 2014, 8(5):406-411. MCINERNEY J G, MOORADIAN A, LEWIS A, et al .. High-power surface emitting semiconductor laser with extended vertical compound cavity[J]. Electron. Lett ., 2003, 39(6):523-525. VAN LEEUWEN R, SEURIN J F, XU G Y, et al .. High-power pulsed intra-cavity frequency doubled vertical extended cavity blue laser arrays[C]. Proceeding of SPIE 7193 , Solid State Lasers ⅩⅧ: Technology and Devices, San Jose, CA, USA , 2009: 71931D. LUTGEN S, ALBRECHT T, BRICK P, et al .. 8-W high-efficiency continuous-wave semiconductor disk laser at 1000 nm[J]. Appl. Phys. Lett ., 2003, 82(21):3620-3622. LEE J H, KIM J Y, LEE S M, et al .. 9.1-W high-efficient continuous-wave end-pumped vertical-external-cavity surface-emitting semiconductor laser[J]. IEEE Photonics Technol. Lett ., 2006, 18(20):2117-2119. RUDIN B, RUTZ A, HOFFMANN M, et al .. Highly efficient optically pumped vertical-emitting semiconductor laser with more than 20 W average output power in a fundamental transverse mode[J]. Opt. Lett ., 2008, 33(22):2719-2721. HEINEN B, WANG T L, SPARENBERG M, et al. . 106 W continuous-wave output power from vertical-external-cavity surface-emitting laser[J]. Electron. Lett ., 2012, 48(9):516-517. ZHANG F, GAAFAR M, MÖLLER C, et al .. Dual-wavelength emission from a serially connected two-chip VECSEL[J]. IEEE Photonics Technol. Lett ., 2016, 28(8):927-929. 张继业, 张建伟, 曾玉刚, 等.高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备[J].物理学报, 2020, 69(5):054204-1-9. ZHANG J Y, ZHANG J W, ZENG Y G, et al .. Design of gain region of high-power vertical external cavity surface emitting semiconductor laser and its fabrication[J]. Acta Phys. Sinica , 2020, 69(5):054204-1-9. (in Chinese) 史晶晶, 秦莉, 刘迪, 等.大功率垂直腔面发射激光器列阵的串接结构[J].光学精密工程, 2011, 19(10):2309-2313. SHI J J, QIN L, LIU D, et al .. High-power vertical cavity surface emitting laser array in series structure[J]. Opt. Precision Eng. , 2011, 19(10):2309-2313. (in Chinese) 马莹, 王成, 缪同群. VCSEL直接倍频蓝光固态激光器的研究[J].光学精密工程, 2005, 13(3):253-259. MA Y, WANG C, MIAO T Q. Blue light laser by direct frequency doubling of VCSEL[J]. Opt. Precision Eng. , 2005, 13(3):253-259. (in Chinese) 张星, 宁永强, 曾玉刚, 等. 980 nm高功率垂直腔面发射激光列阵的单元结构优化[J].光学精密工程, 2011, 19(9):2014-2022. ZHANG X, NING Y Q, ZENG Y G, et al .. Optimization of element structure in 980 nm high-power vertical-cavity surface-emitting laser array[J]. Opt. Precision Eng. , 2011, 19(9):2014-2022. (in Chinese) MOENCH H, CONRADS R, DEPPE C, et al .. High-power VCSEL systems and applications[J]. Proceedings of SPIE 9348, High-power Diode Laser Technology and Applications ⅩⅢ, San Francisco, USA , 2015, 93480w. WANG K, NIRMALATHAS A, LIM C, et al .. High-speed free-space based reconfigurable card-to-card optical interconnects with broadcast capability[J]. Opt. Express , 2013, 21(13):15395-15400. TATUM J A. The evolution of 850 nm VCSELs from 10 Gb/s to 25 and 56 Gb/s[C]. Proceedings of OFC 2014, San Francisco, CA, USA , 2014: 1-3. TAN M R T. Commercial applications of vertical cavity surface emitting lasers[C]. Proceedings of Conference on Lasers and Electro-optics(CLEO 2000). Technical Digest. Postconference Edition. TOPS Vol.39, San Francisco, CA, USA , 2000: 201. JOHNSON R H, KUCHTA D M. 30 Gb/s directly modulated 850 nm datacom VCSELs[C]. Proceedings of Conference on Lasers and Electro-Optics 2008, San Jose, CA, USA , 2008: CPDB2. WESTBERGH P, GUSTAVSSON J S, HAGLUND A, et al .. 32 Gbit/s multimode fibre transmission using high-speed, low current density 850 nm VCSEL[J]. Electron. Lett ., 2009, 45(7):366-368. WESTBERGH P, SAFAISINI R, HAGLUND E, et al .. High-speed 850 nm VCSELs with 28 GHz modulation bandwidth operating error-free up to 44 Gbit/s[J]. Electron. Lett ., 2012, 48(18):1145-1147. WESTBERGH P, HAGLUND E P, HAGLUND E, et al .. High-speed 850 nm VCSELs operating error free up to 57 Gbit/s[J]. Electron. Lett ., 2013, 49(16):1021-1023. KUCHTA D M, RYLYAKOV A V, DOANY F E, et al .. A 71-Gb/s NRZ modulated 850-nm VCSEL-based optical link[J]. IEEE Photonics Technol. Lett ., 2015, 27(6):577-580. BLOKHIN S A, LOTT J A, MUTIG A, et al .. Oxide-confined 850 nm VCSELs operating at bit rates up to 40 Gbit/s[J]. Electron. Lett ., 2009, 45(10):501-503. KUCHTA D M, RYLYAKOV A V, SCHOW C L, et al .. A 55 Gb/s directly modulated 850 nm VCSEL-based optical link[C]. Proceedings of IEEE Photonics Conference 2012, Burlingame, CA, USA , 2012: 1-2. KUCHTA D M, SCHOW C L, RYLYAKOV A V, et al .. A 56.1 Gb/s NRZ modulated 850 nm VCSEL-based optical link[C]. Proceedings of 2013 Optical Fiber Communication Conference and Exposition and The National Fiber Optic Engineers Conference, Anaheim, CA, USA, 2013: 1-3. SHI J W, YAN J C, WUN J M, et al .. Oxide-relief and Zn-diffusion 850-nm vertical-cavity surface-emitting lasers with extremely low energy-to-data-rate ratios for 40 Gbit/s operations[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron ., 2013, 19(12):7900208. CHI K L, YEN J L, WUN J M, et al .. Strong wavelength detuning of 850 nm vertical-cavity surface-emitting lasers for high-speed ( > 40 Gbit/s) and low-energy consumption operation[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron ., 2015, 21(6):1701510. LIU M, WANG C Y, FENG M, et al .. 50 Gb/s error-free data transmission of 850 nm oxide-confined VCSELs[C]. Proceedings of 2016 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition, Anaheim, CA, USA, 2016: 1-3. NASU H. Short-reach optical interconnects employing high-density parallel-optical modules[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron ., 2010, 16(5):1337-1346. CHANG Y C, WANG C S, COLDREN L A. High-efficiency, high-speed VCSELs with 35 Gbit=s error-free operation[J]. Electron. Lett ., 2007, 43(19):1022-1023. HOFMANN W, MOSER P, WOLF P, et al .. 44 Gb/s VCSEL for optical interconnects[C]. Proceedings of 2011 Optical Fiber Communication Conference and Exposition and The National Fiber Optic Engineers Conference, Los Angeles, CA, USA , 2011: 1-3. WOLF P, MOSER P, LARISCH G, et al .. High-speed and temperature-stable, oxide-confined 980-nm VCSELs for optical interconnects[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron ., 2013, 19(4):1701207-1-7. MOSER P, LOTT J A, WOLF P, et al .. Error-free 46 Gbit/s operation of oxide-confined 980 nm VCSELs at 85℃[J]. Electron. Lett ., 2014, 50(19):1369-1371. ROSALES R, ZORN M, LOTT J A. 30-GHz bandwidth with directly current-modulated 980-nm oxide-aperture VCSELs[J]. IEEE Photoics Technol. Lett ., 2017, 29(23):2107-2110. HAGHIGHI N, ROSALES R, LARISCH G, et al .. Simplicity VCSELs[C]. Proceedings of SPIE 10552, Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅩⅫ, San Francisco, CA, USA , 2018: 105520N. HAGHIGHI N, LARISCH G, ROSALES R, et al .. 35 GHz bandwidth with directly current modulated 980 nm oxide aperture single cavity VCSELs[C]. Proceedings of 2018 IEEE International Semiconductor Laser Conference, Santa Fe, NM, USA , 2018: 1-2. SUZUKI N, HATAKEYAMA H, FUKATSU F, et al .. 25-Gbps operation of 1.1-μm-range InGaAs VCSELs for high-speed optical interconnections[C]. Proceedings of Optical Fiber Communication Conference 2006, Anaheim, CA, USA, 2006: OFA4-1-3. YASHIKI K, SUZUKI N, FUKATSU K, et al .. 1.1-μm-range high-speed tunnel junction vertical-cavity surface-emitting lasers[J]. IEEE Photonics Technol. Lett ., 2007, 19(23):1883-1885. ANAN T, SUZUKI N, YASHIKI K, et al .. High-speed 1.1-μm-range InGaAs VCSELs[C]. Proceedings of 2008 Conference on Optical Fiber Communication/National Fiber Optic Engineers Conference, San Diego, CA, USA , 2008: 1-3. LARSSON A G, GUSTAVSSON J S, HAGLUND E, et al .. VCSEL modulation speed: status and prospects[C]. Proceedings of SPIE 10938, Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅩⅩⅢ, San Francisco, CA, USA , 2019: 1093802. 张建, 宁永强, 张建伟, 等.微型铷原子钟专用795 nm垂直腔表面发射激光器[J].光学精密工程, 2014, 22(1):50-57. ZHANG J, NING Y Q, ZHANG J W, et al .. 795 nm VCSELs for 87Rb based miniaturized atomic clock[J]. Opt. Precision Eng. , 2014, 22(1):50-57. (in Chinese) KITCHING J, KNAPPE S, VUKICEVIC N, et al .. A microwave frequency reference based on VCSEL-driven dark line resonances in Cs vapor[J]. IEEE Trans. Instrum. Meas ., 2000, 49(6):1313-1317. DEBERNARDI P, UNOLD H J, MAEHNSS J, et al .. Single-mode, single-polarization VCSELs via elliptical surface etching:experiments and theory[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron ., 2003, 9(5):1394-1405. OSTERMANN J M, DEBERNARDI P, JALICS C, et al .. Polarization-stable oxide-confined VCSELs with enhanced single-mode output power via monolithically integrated inverted grating reliefs[J]. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron ., 2005, 11(5):982-989. KEELER G A, GEIB K M, SERKLAND D K, et al .. VCSEL polarization control for chip-scale atomic clocks[R]. Albuquerque: Sandia National Laboratories, 2007. WAHL D, SETZ D S, AL-SAMANEH A. Development of VCSELs for atomic clock applications: annual report of institute of optoelectronics, Ulm university[R]. Ulm: Institute of Optoelectronics, Ulm University, 2008: 49-54. DEREBEZOV I A, HAISLER V A, BAKAROV A K , et al.. Single-mode vertical-cavity surface-emitting lasers for atomic clocks[J]. Optoelectron. Instrum. Data Process. , 2009, 45(4):361-366. GRUET F, AL-SAMANEH A, KROEMER E, et al .. Metrological characterization of custom-designed 894.6 nm VCSELs for miniature atomic clocks[J]. Opt. Express , 2013, 21(5):5781-5792. WATKINS L S, GHOSH C, SEURIN J F, et al .. High power VCSEL devices for atomic clock applications[C]. Proceedings of SPIE 9616, Nanophotonics and Macrophotonics for Space Environments ⅠⅩ, San Diego, CA, USA , 2015: 96160J. ZAOURIS D, KNAPP M, HAJI M, et al .. MacV: VCSELs for miniature atomic clocks[C]. Proceedings of 2019 Joint Conference of The IEEE International Frequency Control Symposium and European Frequency and Time Forum, Orlando, USA , 2019: 1-2. 赵军, 秦丽, 闫树斌, 等.基于CPT原子钟的VCSEL激光器控制系统设计[J].电子设计工程, 2009, 17(8):118-119. ZHAO J, QIN L, YAN S B, et al .. Design of VCSEL laser control system based on CPT atomic clock[J]. Electron. Des. Eng. , 2009, 17(8):118-119. (in Chinese) ZHANG J W, ZHANG X, ZHU H B, et al .. High-temperature operating 894.6 nm-VCSELs with extremely low threshold for Cs-based chip scale atomic clocks[J]. Opt. Express , 2015, 23(11):14763-14773. LIU Y Y, ZHANG X, HUANG Y W, et al .. OPSR enhancement of high-temperature operating shallow-surface grating VCSELs[J]. Appl. Opt ., 2018, 57(16):4486-4490. PANG W, PAN G Z, WANG Q H, et al .. 894.6 nm VCSEL for Cs-based atomic clocks with triangular holey structure[C]. Proceedings of The 20203rd International Conference on Electron Device and Mechanical Engineering, Suzhou, China , 2020: 573-575. CHI K L, HSIEH D H, YEN J L, et al .. 850-nm VCSELs with p-type δ-doping in the active layers for improved high-speed and high-temperature performance[J]. IEEE J. Quantum Electron ., 2016, 52(11):2400607. CHENG J L, SHIEH C L, HUANG X D, et al .. Efficient CW lasing and high-speed modulation of 1.3-μm AlGaInAs VCSELs with good high temperature lasing performance[J]. IEEE Photonics Technol. Lett ., 2005, 17(1):7-9. SODERBERG E, GUSTAVSSON J S, MODH P, et al .. High-temperature dynamics, high-speed modulation, and transmission experiments using 1.3-μm InGaAs single-mode VCSELs[J]. J. Lightw. Technol ., 2007, 25(9):2791-2798. HATAKEYAMA H, ANAN T, AKAGAWA T, et al .. Highly reliable high-speed 1.1-μm-range VCSELs with InGaAs/GaAsP-MQWs[J]. IEEE J. Quantum Electron ., 2010, 46(6):890-897. LI H, WOLF P, MOSER P, et al .. Impact of the quantum well gain-to-cavity etalon wavelength offset on the high temperature performance of high bit rate 980-nm VCSELs[J]. IEEE J. Quantum Electron ., 2014, 50(8):613-621. KUCHTA D M, RYLYAKOV A V, SCHOW C L, et al .. A 50 Gb/s NRZ Modulated 850 nm VCSEL transmitter operating error free to 90℃[J]. J. Lightw. Technol ., 2015, 33(4):802-810. LARISCH G, MOSER P, LOTT J A, et al .. Large bandwidth, small current density, and temperature stable 980-nm VCSELs[J]. IEEE J. Quantum Electron ., 2017, 53(6):2400908. LEDENTSOV N, CHORCHOS L, AGUSTIN M, et al .. 850 nm single-mode VCSEL for error-free 60 Gbit/s OOK operation and transmission through 800 m of multi-mode fiber[C]. Proceedings of 2019 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition, San Diego, CA, USA , 2019: 1-3. 周广正, 兰天, 李颖, 等.高温稳定25 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器[J].发光学报, 2019, 40(5):630-634. ZHOU G Z, LAN T, LI Y, et al .. High temperature-stable 25 Gbit/s 850 nm vertical-cavity surface-emitting lasers[J]. Chin. J. Lumin ., 2019, 40(5):630-634. (in Chinese) 刘安金.单模直调垂直腔面发射激光器研究进展[J].中国激光, 2020, 47(7):0701005-1-16. LIU A J. Progress in single-mode and directly modulated vertical-cavity surface-emitting lasers[J]. Chin. J . Lasers , 2020, 47(7):0701005-1-16. (in Chinese) IGA K. Forty years of vertical-cavity surface-emitting laser:invention and innovation[J]. Jpn. J. Appl. Phys ., 2018, 57(8S2):08PA01-1-7. Osram. Homogeneous illumination for facial recognition thanks to VCSEL technology from Osram[EB/OL]. (2018-09-13).https: //www.osram.com/os/press/press-releases/homogeneous-illumination-for-facial-recognition-thanks-to-vcsel-technology-from-osram.jsp. WARREN M E, CARSON R F, JOSEPH J R, et al .. High-speed and scalable high-power VCSEL arrays and their applications[C]. Proceedings of SPIE 9381, Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅪⅩ, San Francisco, CA, USA , 2015: 93810C. ZHANG J W, NING Y Q, ZHANG X, et al .. 910 nm vertical-cavity surface-emitting laser arrays with 100 W output power level and low driving current[J]. Jpn. J. Appl. Phys ., 2018, 57(10):100302-1-5. FANNING T R, MAYNARD J, HELMS C J, et al .. Performance, manufacturability, and qualification advances of high-power VCSEL arrays at Trilumina Corporation[C]. Proceedings of SPIE 11300, Vertical-cavity Surface-emitting Lasers ⅩⅩⅣ, San Francisco, CA, USA , 2020: 1130002. YOSHIDA M, DE ZOYSA M, ISHIZAKI K, et al .. Double-lattice photonic-crystal resonators enabling high-brightness semiconductor lasers with symmetric narrow-divergence beams[J]. Nat. Mater. , 2018, 18(2):121-128. PARK M, BAEK Y, DINARE M, et al .. Hetero-integration enables fast switching time-of-flight sensors for light detection and ranging of scientific reports[R]. Charlottesville: University of Virginia, 2020. 粤讯.瑞识科技发布行业领先3D dToF VCSEL, 光功率提升3倍[EB/OL]. (2020-04-08). https://laser.ofweek.com/2020-04/ART-8110-2400-30435095.html https://laser.ofweek.com/2020-04/ART-8110-2400-30435095.html . Azoth Analytics. Global VCSEL market: analysis by device type (single mode, multi-mode), application, end user, by region, by country(2020 edition): opportunities and forecast(2020-2025)[R]. Azoth Analytics, 2020. Azoth Analytics. VCSEL market by type(single-mode, multimode), material(GaAs, InP, others), wavelength, application(sensing, data communication), industry(consumer electronics, automotive, data center, commercial & industrial), and geography-global forecast to 2025[R]. Azoth Analytics, 2020. 10.37188/CJL.20200339 TN248.4 fgxb-41-12-1443 国家重点研发计划（2018YFB2002401）；国家自然科学基金（61874117，11674314，61434005，11774343，61727822，61991433）；中科院先导科技专项（XDB43030302）；装发共用技术（41414060103）；吉林省科技发展计划重点项目（20190302042GX）；济南市科技计划（2019GXRC041）；广东省重点领域研发计划（2020B090922003）；中国科学院STS创新创业指导项目（KFJ-STS-SCYD-318）资助 Supported by National Key Research and Development Program of China(2018YFB2002401); National Natural Science Foundation of China(61874117, 11674314, 61434005, 11774343, 61727822, 61991433); Pilot Project of Chinese Academy of Sciences(XDB43030302); Equipment Preresearch(41414060103); Key Projects of Jilin Province Science and Technology Development Plan(20190302042GX); Jinan Science and Technology Plan(2019GXRC041); Key Research and Development Project of Guangdong Province(2020B090922003); STS Innovation and Entrepreneurship Guidance Project of Chinese Academy of Sciences(KFJ-STS-SCYD-318) 2020-11-06 2020-11-18 2021-01-14 版权所有©《发光学报》编辑部2020 Copyright ©2020 Chinese Journal of Luminescence.All rights reserved. 2020 发光学报 12 41