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摘要

本文针对激光雷达等三维传感应用, 设计并制备了905 nm波长的高功率密度5结级联垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL). 制备的5结级联VCSEL单管(氧化孔径8 μm)的功率转换效率高达55.2%; 其最大斜率效率为5.4 W/A, 约为相同孔径单结VCSEL的5倍. 窄脉冲条件下(脉冲宽度为5.4 ns, 占空比0.019%), 5结级联19单元VCSEL阵列(单元孔径20 μm)的峰值输出功率达到58.3 W, 对应的峰值功率密度高达1.62 kW/mm ². 对不同孔径器件(8—20 μm)的光电特性进行了测试和分析. 结果显示, 这些器件的最大斜率效率均大于5.4 W/A, 最大功率转换效率均大于54%. 这些高性能VCSEL器件可作为激光雷达等三维传感应用的理想光源.

关键词:

Abstract

Aiming at three-dimensional (3D) sensing applications such as LiDAR, high power density five-junction cascaded vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) with 905 nm wavelength are designed and fabricated. The maximum power conversion efficiency is 55.2% for an individual VCSEL emitter with 8 μm oxide aperture. And the maximum slope efficiency of the device is 5.4 W/A, which is approximately 5 times that of traditional single-junction VCSEL with the same aperture. Under the condition of narrow pulse (pulse width 5.4 ns, duty cycle 0.019%) injection, the peak output power of 19-element array (20 μm oxidation aperture for each element) reaches 58.3 W, and the corresponding power density is as high as 1.62 kW/mm ². The devices with various apertures (8–20 μm) are characterized. The results show that the maximum slope efficiencies of all these devices are greater than 5.4 W/A and the maximum PCE is higher than 54%. These high-performance VCSEL devices can be used as ideal light sources for 3D sensing applications such as LiDAR.

Keywords:

905 nm vertical cavity surface emitting lasers/
multi-junction cascade/
high power density/
3-dimensional sensing

作者及机构信息

通信作者:荀孟,xunmeng@ime.ac.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 62104251, 62174178)、中国博士后科学基金(批准号: BX20200358, 2021M703442)、中国科学院前沿科学重点研究计划 (批准号: ZDBS-LYJSC031)和中国科学院青年创新促进会(批准号: 2022115)资助的课题.

Authors and contacts

Corresponding author:Xun Meng,xunmeng@ime.ac.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 62104251, 62174178), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant Nos. BX20200358, 2021M703442), the Key Research Program of Frontier Sciences, Chinese Academy of Sciences (Grant No. ZDBS-LYJSC031), and the Youth Innovation Promotion Association, Chinese Academy of Sciences (Grant No. 2022115).

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