通快受邀在最新一期的《IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics》上發(fā)表了一篇關(guān)于“1130 nm VCSEL陣列的性能和可擴(kuò)展性”的論文。本文對(duì)采用工業(yè)III-V族半導(dǎo)體制造工藝生產(chǎn)的1130 nm VCSEL器件進(jìn)行了深入評(píng)估，重點(diǎn)關(guān)注了光電性能和器件壽命。與940 nm激光器相比，1130 nm激光器在達(dá)到人眼安全極限之前，可以實(shí)現(xiàn)更高的光功率。與銦含量較低的材料相比，長波長材料系統(tǒng)中銦含量較高，可以使器件壽命變得更長。
 

　　SWIR VCSEL在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是在傳感和神經(jīng)刺激領(lǐng)域前景廣闊。它們光譜寬度窄且功耗低，具有精準(zhǔn)的靶向性和低電流等特點(diǎn)，可應(yīng)用于人工耳蝸和神經(jīng)假體。它們能夠在單個(gè)芯片上形成密集的二維陣列，支持多通道和緊湊型植入體。這些特性表明，1130 nm波長范圍在推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)診斷與治療領(lǐng)域的發(fā)展中具有重要意義和潛在價(jià)值。
 

　　01.
 

　　1130 nm VCSEL的
 

　　LIV性能

 

　　為了展示具有亞波長光柵的單模和多模器件的光電性能，研究人員選擇了兩種不同光學(xué)孔徑的芯片(5 μm 和 8 μm)為代表性示例：
 

　　圖1：(a)孔徑5 μm 和 (b)孔徑8 μm的1130 nm VCSEL，隨溫度變化下的LIV曲線

 

　　在-20°C至70°C的溫度范圍內(nèi)，閾值低于1 mA，電壓低于3 V。由于較小的孔徑尺寸，5 μm的VCSEL相比8 μm的VCSEL具有更低的閾值電流和更高的電壓。此外，孔徑5 μm的VCSEL在較低電流下以單模方式發(fā)射激光。高階模式的出現(xiàn)(由LI曲線中的凸起表示)在較高溫度下尤為明顯；例如：在50°C 時(shí)，多模性能出現(xiàn)在7.5 mA左右的時(shí)候。
 

　　02.
 

　　1130 nm VCSEL的
 

　　偏振穩(wěn)定性

 

　　除了比較不同孔徑的VCSEL外，研究人員還對(duì)比了具備亞波長光柵偏振穩(wěn)定的VCSEL和不具備光柵結(jié)構(gòu)的VCSEL：
 

　　圖2：孔徑5 μm 和 8 μm的VCSEL，在5 mA情況下，比較了具備和不具備亞波長光柵偏振穩(wěn)定器件的偏振消光比(PER)

 

　　經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的光柵結(jié)構(gòu)VCSEL可以沿特定軸發(fā)射偏振光，從而確保偏振態(tài)的單一性。與不具備偏振穩(wěn)定的器件相比，具有穩(wěn)定光柵的器件可以有效地將偏振消光比保持在-15 dB以下，并且不會(huì)影響其性能。
 

　　03.
 

　　1130 nm VCSEL的
 

　　器件壽命

 

　　關(guān)于偏振穩(wěn)定的1130 nm VCSEL器件壽命，研究人員在兩種不同的溫度下(100°C和115°C)做了磨損測試：
 

　　
        圖3：在100°C 和 115°C，80 mA應(yīng)力條件下，具有10個(gè)發(fā)射器的6 μm孔徑器件在整個(gè)使用壽命期間的光電參數(shù)(電壓、閾值電流(Ith)和激光斜效率(LSE))，產(chǎn)生了~28kA/cm2的電流密度。
 

　　在100℃和115℃，80 mA應(yīng)力條件下，除了溫度波動(dòng)引起的噪聲外，數(shù)據(jù)保持不變，沒有顯示出退化的跡象。這些結(jié)果表明：在磨損測試中器件的性能穩(wěn)定，展現(xiàn)出1130 nm VCSEL在先進(jìn)傳感和數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中的可行性，為其集成到廣泛的工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)中鋪平了道路。