高功率垂直腔面发射激光器

垂直腔面发射激光器(VCSEL)技术在20世纪90年代走向成熟并开始工业化生产,数据通信是VCSEL的第1个规模化产品应用市场.2001年对于VCSEL而言是一个转折点,这一年数据通信由高峰走入低谷,但VCSEL的生产厂家和用户却从VCSEL的优异性能中看到了其在非数据通信领域应用的光明前景.在工业应用方面,VCSEL作为激光光源现已广泛应用于气体传感器中,通过测量气体对激光的吸收光谱可以确定某种气体(O2等)的浓度.在最为人们所看好的人机界面领域,VCSEL以价格低廉、易于批量生产和性能优异的特点打入了鼠标市场,以VCSEL制成的激光鼠标已经成为主流产品,年产量巨大.现在摆在VCSEL面前的还有一个发展前景广阔的领域:高功率脉冲激光器应用市场.要想进入这一市场,VCSEL必须具备2个方面的优势:低成本和高性能.本文主要讨论了VCSEL在高功率脉冲激光器方面的应用,内容包括VCSEL的制造技术、装配解决方案、产品的性能和可靠性,另外还介绍了VCSEL瞄准的市场目标及其发展潜力.     

新型结构垂直腔面发射激光器的研制

为改善垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的热特性.提高其光电性能,研制了新型辐射桥结构的VCSEL,即采用辐射桥状的电流注入通道取代以往传统结构VCSEL的环形电流注入通道.研究表明辐射桥结构可以降低VCSEL器件的体电阻和热阻,改善器件的模式特性.在同一外延片上,采用相同的工艺制备了辐射桥结构与传统结构两种VCSEL器件,并对两种器件的光电性能进行了对比测试.结果表明,辐射桥结构VCSEL比传统结构的VCSEL微分电阻降低25%,输出功率提高到1.6倍;辐射桥结构的VCSEL具有良好的温度特性与模式特性,80℃时仍能正常激射,60℃时最大输出功率可达17 mW,器件的热阻可达1.95℃/mW;器件单模工作,其总体性能远优于传统结构的VCSEL器件.     

795nm单模垂直腔面发射激光器

针对铷原予能级跃迁对光谱的特殊需求,设计并制备了795 nm单模垂直腔面发射激光器(VCSEL).根据对VCSEL的光场和模式的分析和计算结果,设计了单模VCSEL芯片结构.采用MOCVD技术生长了外延结构,制备了不同有源区直径的氧化限制型VCSEL芯片并进行了测试.当有源区直径从6 μm减小到3μm时,VCSEL芯片的边模抑制比(SMSR)由8.76 dB增加到34.05 dB,阈值电流由0.77 mA减小到0.35 mA.有源区直径为6,5,4和3μm的VCSEL芯片的输出功率分别为0.37,0.46,0.58和0.44 mW,有源区直径为4μm的VCSEL芯片的远场为圆形光束,发散角为15°.85℃时3.5 μm有源区直径的VCSEL芯片输出功率为0.125 mW,激射波长为795.3 nm.室温3 dB带宽大于8 GHz,满足了铷原子传感器对VCSEL单模光谱、输出功率及调制速率的要求.     

垂直腔表面发射激光器的研究

垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是一种应用于光纤通信系统的低成本、高性能的特定波长光源,它具有测试简单、易耦舍以及易形成阵列等独特优势,已在光并行互连及高密度光存贮等领域得到大规模应用.文章介绍了VCSEL的结构和当前的制造工艺水平,阐述了各波段VCSEL的发展和应用现状,探讨了VCSEL在不同领域中的应用范围并指出了VCSEL的发展前景.     

910 nm高峰值功率垂直腔面发射激光光源

报道了910 nm高峰值功率垂直腔面发射半导体激光器列阵(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)的设计方法及测试结果.所制备的910 nm VCSEL列阵在准连续工作时激光功率达到2 W;在重复频率10 kHz,脉冲宽度30 ns,工作电流60 A的电脉冲驱动条件下,VCSEL列阵峰值输出功率达到25.5 W.随着工作电流的增加,VCSEL列阵输出的激光光谱呈现明显办展宽现象,证实VCSEL列阵即使在窄脉冲工作时大的电流驱动仍然会产生严重的内部热效应;VCSEL列阵输出激光的光脉冲波形在驱动电流增大至60 A时脉宽仅展宽了6 ns左右,证实VCSEL阵列具有非常优越的脉冲响应特性.对VCSEL列阵进行光束准直处理后,在1 m距离处得到了近圆形的均匀光斑.我们相信这种高功率的910 nm面阵光源在未来汽车光探测测距(LiDAR)等智能驾驶领域具有很大的应用潜力.     

光注入光反馈下VCSEL非线性输出特性分析

为了研究光注入和光反馈对垂直腔面发射激光器(VCSEL)非线性输出特性的影响,基于自旋反转模型(SFM),利用MATLAB数值仿真二者共同作用下VCSEL的非线性输出特性.研究结果表明:在光注入和光反馈同时作用下,VCSEL输出可以实现稳态、单周期、多周期、混沌等非线性行为.通过合理选择注入强度,可实现对VCSEL输出行为的控制.     

基于CPT原子钟的VCSEL激光器控制系统设计

设计基于原子相干布居俘获原理(CPT)的原子钟系统中垂直腔面发射激光器(VCSEL)控制器,其包括20 mA量程、低噪声、精密直流稳流电源、介绍VCSEL控制系统组成和工作原理,并时VCSEL激光器系统进行了测试分析.结果表明.该控制系统可以实现单模态、窄线宽及低功耗稳定光源,对CPT原子钟VCSEL光源应用具有参考和使用价值.     

内腔接触氧化限制型垂直腔面发射激光器小信号调制特性研究

建立了一种适用于多量子阱垂直腔面发射激光器(VCSEL)的多层速率方程模型.在理论与实验基础上,对器件进行小信号分析,得到了光子密度、载流子俘获、逃逸和隧穿时间等关键参数对VCSEL频率响应特性的影响.结果表明VCSEL调制带宽会随着输出功率增大而变宽.并进一步研究了内腔接触氧化限制型VCSEL的寄生电参数及其寄生电路,对其小信号频率响应进行了模拟分析.     

微结构垂直腔面发射激光器的设计

具有高功率、单横模工作特性的垂直腔激光器(VCSEL)将会极大地扩展VCSEL激光器的应用领域,具备此性能的VCSEL激光器除了能增强它在短距离通信及光存储网络的应用之外,还将成为长距离光通信以及光传感系统里重要的器件.然而对于传统的VCSEL激光器,高功率和单横模工作特性很难同时获得,这是因为高功率输出通常将会增大输出孔径,大的输出孔径则会带来多横模振荡.文中通过在P-DBR层中引入纳米微结构,设计了一种能同时提供高功率、单横模输出的VCSEL激光器.这种新型的VCSEL激光器通过采用光子带隙的波导结构,使得设计的激光器在大输出孔径(直径达12 μm)时仍然保持单横模工作.     

用于工业气体在线测量的VCSEL恒流驱动电路设计

设计了一种应用于工业气体在线测量的垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)恒流驱动电路.阐述了该恒流驱动电路的组成和工作原理,设计了延时和调制功能,可以安全稳定驱动VCSEL.以测量氧气的VCSEL为例,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术对不同浓度的氧气进行测量,得到了较好的拟合系数,验证了驱动电路对VCSEL输出波长控制的稳定性,因此这种恒流驱动电路具有实际应用到工业气体监测中的潜力.     

Comparative study of maximum power point tracking techniques for hybrid renewable energy system

The power generation demand is increasing day-by-day throughout the world, therefore, the use of hybrid systems becomes a significant solution. The hybrid renewable energy system (HRES) is used for delivering power in various regions in order to overcome intermittence of wind and solar resources. Because of increasing environmental problems, for example, greenhouse gas emission and energy cost have interested novel research into substitute methods in favour of electrical power generation. Maximum Power Point Tracking (MPPT) control method is a vast deal of novel research used for enhancing the efficiency of HRES. The authors have revealed that the hybrid techniques i.e. Global MPPT, fuzzy-neuro systems, Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), Perturbed and Observe (P&O) + Adaptive Neural Network (ANN) etc. can provide best results as compared to other MPPT control methods. This paper offering a state of art review of MPPT control techniques for HRES.     

Optimisation of electrical parameters in Fe DS-SBTFET and its application as a digital inverter

In this paper, the design geometry of Ferroelectric Dopant Segregated Schottky Barrier Tunnel Field Effect Transistor (Fe DS-SBTFET) has been proposed. Various electrical properties such as I_ON/I_OFF ratio and subthreshold swing (SS) of the proposed design have been premeditated and compared with different asymmetric structures. The impact of various types and thickness of buffer on the ferroelectric properties have been analysed. The device has been optimised for various doping concentrations and lengths of the dopant segregated layer (DSL). The digital applications of the proposed device in terms of complementary TFET digital inverter circuit have been studied. The transient characteristics and the delay parameters by considering various ferroelectric thicknesses have been analysed. Moreover, the transfer characteristics and electric field have been explored in the presence and absence of ferroelectric layer to obtain a better insight into the ferroelectric properties of the proposed structure. The electric field at the tunnelling junction is enhanced by the presence of ferroelectric layer which improves the ON current. The structure with ferroelectric thickness of 6 nm provides the best I_ON/I_OFF ratio of 1.2 × 10⁹ and SS of 14 mV/dec.     

基于结终端扩展的4H-SiC肖特基势垒二极管研制

采用高真空电子束热蒸发金属Ni分别作肖特基接触和欧姆接触,离子注入形成结终端扩展表面保护,研制出Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)。I-V特性测量说明,Ni/4H-SiCSBD有较好的整流特性,热电子发射是其主要的运输机理。实验测量其反向击穿电压达1800V,且反向恢复特性为32ns。     

High Capacity Data Rate System: Review of Visible Light Communications Technology

Wireless communications have become an integral part of global convergence as global connectedness has gradually become dependent on its efficient deployment. The need for “more-broadband” techniques in relation to the ever increasing growth rate of the data hungry society now necessitates novel techniques for the high-speed data transmission. While advancements have been made in this regard, the projection of having an eventual Internet of everything (IoE) deployment will result in an unimaginable transmission data rate requirement as huge data traffic will be conveyed per time within the communications network, which will require a capacity upgrade of the existing infrastructure. Visible light communications (VLCs), as an integral part of optical wireless communications (OWCs), have been reviewed in this article, having the capacity to extend the achievable data rate requirement of the wireless communications network. The technologies, techniques, and best practices have been presented alongside technology integration for the seamless high capacity wireless broadband deployment.     

多孔硅发光机制的分析

从量子力学的基本理论出发讨论了量子限制效应，推导出多孔硅有效禁带宽度增量并用量子限制效应和表面态及其物质在发光中作用的理论解释了ＰＳ光致发光的实验现象。     

表面发射光子晶体DFB激光器

光子晶体（PC）具有周期性折射率变化，并具有实现新型光器件的极大潜力，正受到广泛关注。本文介绍了PC基本原理与特性，并介绍了表面发射（SE）光子晶体分布反馈（DFB）半导体激光器的结构、最佳化设计、制作工艺和输出特性。     

WDM光传输系统2.5Gbit／s光发送模块研究

本文介绍了作者设计，调试的２．５Ｇｂｉｔ／ｓ光发送模块的工作原理、关键技术、典型性能参数，该模块通过控制激光器温度来稳定其中心波长，为波分复用系统的应用提供了具备稳定中心波长特性的光源。     

用大电流驱动采用SELAX技术的高分辨率显示系统的整体可靠性

应用低压多晶硅TFT和高压多晶硅TFT组合开发成功高分辨率（〉300ppi）LCD／OEL显示系统，也就是说，将受激准分子激光结晶化（ELC）TFT用于耐高压显示电路，而将选择扩大激光结晶化（SELAX）TFT用于低功耗高性能显示电路。在这两种混合型的TFT中，扩大激光结晶化（SELAX）TFT成功地整合了显示系统大电流驱动的可靠性。     

DS-CDMA中的不等错误保护研究

在数字通信系统中,发送的数据序列中的比特往往具有不等的重要性。为了寻求更可靠的信息传输,提出了一些不等错误保护(UEP)方案。介绍了DS-CDMA系统中的两种基本的UEP技术,并比较了各自的优缺点;研究了这两种UEP技术的性能,给出了各自的BER性能近似表达式。     

Design of Quasi-Cyclic LDPC codes based on Euclidean Geometries

A new method for constructing Quasi-Cyclic (QC) Low-Density Parity-Check (LDPC) codes based on Euclidean Geometry (EG) is presented. The proposed method results in a class of QC-LDPC codes with girth of at least 6 and the designed codes perform very close to the Shannon limit with iterative decoding. Simulations show that the designed QC-LDPC codes have almost the same performance with the existing EG-LDPC codes.