[{"data":1,"prerenderedAt":471},["ShallowReactive",2],{"/news/gclight-achieves-watt-class-room-temperature-cw-output-in-940nm-pcsel":3,"news-posts-zh":70},{"id":4,"title":5,"badge":6,"body":8,"date":54,"description":55,"extension":56,"featured":57,"image":58,"meta":60,"navigation":61,"path":62,"pinned":57,"seo":63,"stem":64,"tags":65,"__hash__":69},"newsPostsZh/news/gclight-achieves-watt-class-room-temperature-cw-output-in-940nm-pcsel.md","吉熙实现 940 nm PCSEL 芯片瓦级连续输出",{"label":7},"里程碑",{"type":9,"value":10,"toc":50},"minimark",[11,16,19,22,43,47],[12,13,15],"p",{"style":14},"font-family:'Mi Sans','MiSans','MiSans-Regular',sans-serif; font-size:1.05rem; font-weight:500; margin:0 0 0.9rem 0;","    近日，杭州吉熙半导体科技有限公司在 940 nm 波段光子晶体面发射激光器（PCSEL）研发方面取得重要突破，成功实现室温连续波（CW）输出功率超过 1 瓦。",[12,17,18],{"style":14},"    作为一种新型半导体激光器，PCSEL 利用光子晶体的二维谐振特性，相较于传统的脊波导激光器或者垂直腔面发射激光器（VCSEL）而言，可以实现更大面积的单模谐振和更高的单模输出功率。当激光器的单模模场面积扩展至数百微米甚至毫米级时，其远场发散角可以低至 1° 甚至 0.1° 量级。相比之下，传统的 VCSEL 或者边发射激光器的远场发散角通常在 10° 以上，且边发射的光斑往往不是圆形，使用时常需多个透镜准直，不仅增大了系统的体积和成本，也降低了可靠性。",[12,20,21],{"style":14},"    吉熙团队采用自研的光子晶体结构并依托高效散热封装，成功获得了 940 nm 波段室温下瓦级连续输出，器件远场发散角小于 1°，在 10 ℃ 温控条件下，输出功率可达 1.6 瓦。器件的温漂约为 0.09 nm/K，远低于边发射激光器的温漂水平，和 VCSEL 相当，同时具备更优的远场发散角和光谱半宽。",[23,24,28,29,28,38],"div",{"className":25},[26,27],"news-figure-row","news-figure-row-940","\n  ",[30,31],"img",{"src":32,"alt":33,"className":34,"style":37},"/img/pcsel_article_5_01.webp","940 nm PCSEL 连续输出功率与电压曲线",[35,36],"news-figure","rounded-lg","margin:0;",[30,39],{"src":40,"alt":41,"className":42,"style":37},"/img/pcsel_article_5_02.webp","940 nm PCSEL 连续输出与光谱特性",[35,36],[12,44,46],{"style":45},"font-family:'Mi Sans','MiSans','MiSans-Regular',sans-serif; font-size:0.95rem; color:#6b7280; text-align:center; margin:0 0 1.1rem 0;","连续输出条件下的器件性能",[12,48,49],{"style":14},"    作为一种前沿技术，PCSEL 已被视为未来激光雷达等领域实现全固态光源的核心路径之一。特别是 940 nm 波段，由于基于成本更低、材料体系更成熟的 GaAs 基工艺，未来在车载雷达、工业激光雷达等场景中具有广阔的应用前景，并有望率先实现大规模应用，吉熙将继续通过研发迭代，量产更高水平的 PCSEL 激光器。",{"title":51,"searchDepth":52,"depth":52,"links":53},"",2,[],"2026-04-14","近日，杭州吉熙半导体科技有限公司在 940 nm 波段光子晶体面发射激光器（PCSEL）研发方面取得重要突破，成功实现室温连续波（CW）输出功率超过 1 瓦。","md",false,{"src":59},"/img/pcsel_article_5_03.webp",{},true,"/news/gclight-achieves-watt-class-room-temperature-cw-output-in-940nm-pcsel",{"title":5,"description":55},"news/gclight-achieves-watt-class-room-temperature-cw-output-in-940nm-pcsel",[66,67,68],"科研进展","激光雷达","PCSEL","O6_odzbIiTEuzo36WSJVx7X8CmrGtPa9-jh9u1A9D_8",[71,146,197,226,271,370],{"id":72,"title":73,"badge":74,"body":76,"date":136,"description":137,"extension":56,"featured":57,"image":138,"meta":139,"navigation":61,"path":140,"pinned":57,"seo":141,"stem":142,"tags":143,"__hash__":145},"newsPostsZh/news/1p3um-quantum-dot-pcsel-first-room-temperature-cw-operation.md","1.3μm量子点PCSEL首次室温连续工作",{"label":75},"热门",{"type":9,"value":77,"toc":134},[78,81,84,87,90,96,99,102,105,110,113,116,119],[12,79,80],{"style":14},"    在光通信、激光雷达与硅光子芯片飞速发展的今天，对高性能、低成本、小发散角的光源需求日益迫切。光子晶体表面发射激光器（PCSEL） 作为新一代半导体激光技术，凭借其光子晶体的带边共振原理，可实现水平谐振、垂直出光，具备大单模面积、高功率、窄发散角的突出优势，被视为未来高亮度光源的理想选择。",[12,82,83],{"style":14},"    要实现PCSEL的大规模应用，关键在于增益介质与谐振结构的高效结合。近年来，InAs/GaAs量子点（QD）材料因其在O波段（~1310 nm）的优异高温性能以及与GaAs、硅基工艺兼容的潜力，成为极具竞争力的增益方案。相较于传统InP基量子阱材料，QD可在更低成本下实现高性能输出，尤其契合硅光集成对光源成本与可靠性的严苛要求。",[12,85,86],{"style":14},"    然而，QD-PCSEL的研发面临一系列挑战：量子点增益区薄、光学限制因子低、载流子弛豫慢，导致器件的模式增益较低，若谐振腔损耗较高，则难以实现有效激射。此前，掩埋结构的PCSEL已在量子阱体系中实现瓦级以上连续激光输出，但QD体系尚未实现室温连续波工作，瓶颈正在于如何显著降低谐振腔损耗，使得增益达到器件的激射阈值。",[12,88,89],{"style":14},"    针对这一难题，本团队创新性地采用三晶格光子晶体结构，通过精确设计晶格内空气孔的偏移位置，在维持低基模损耗的同时，优化垂直辐射效率，从而在紧凑的100×100μm光子晶体腔尺寸内，首次实现了InAs/GaAs QD-PCSEL的室温连续波激射。",[30,91],{"src":92,"alt":93,"className":94},"img/pcsel_article_2_01.webp","1.3μm 三晶格QD-PCSEL的器件结构",[35,36,95],"mb-4",[12,97,98],{"style":45},"1.3μm 三晶格QD-PCSEL的器件结构 图源：Optics Express",[12,100,101],{"style":14},"    实现量子点与光子晶体的高效耦合，并最终实现室温连续激射，精密的材料生长与纳米加工工艺是关键，主要包括有源区生长、光子晶体刻蚀、二次外延三个关键步骤。",[12,103,104],{"style":14},"    首先在GaAs衬底上，采用分子束外延（MBE）技术精确生长数层InAs/InGaAs量子点DWELL结构。整个有源区上方再生长300 nm厚的p-GaAs层，作为后续光子晶体的蚀刻层。然后在p-GaAs层表面，利用EBL直写技术在100×100μm区域内定义三晶格光子晶体图案，并采用ICP干法刻蚀空气孔，形成高深宽比的二维周期性纳米结构。采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术进行二次外延生长，，形成非对称波导结构。最后通过光刻定义圆形台面结构实现电学限制，沉积SiO₂钝化层并开孔，制备电极。",[30,106],{"src":107,"alt":108,"className":109},"img/pcsel_article_2_02.webp","1.3μm 三晶格QD-PCSEL工作特性",[35,36,95],[12,111,112],{"style":45},"1.3μm 三晶格QD-PCSEL工作特性 图源：Optics Express",[12,114,115],{"style":14},"    基于上述方法，该量子点光子晶体激光器在10°C下获得139 mA的阈值电流和大于1.4 mW的输出功率，边模抑制比达37 dB，光谱线宽约0.1 nm，具备良好的单模特性，其波长温漂为0.09 nm/K。通过质子注入可将阈值进一步降至80 mA。当前性能主要受限于热阻与电阻，后续通过优化光谱匹配、改善散热与注入结构，有望进一步提升输出功率与效率。",[12,117,118],{"style":14},"    这一研究突破不仅验证了QD与PCSEL进行集成的可行性，也为开发高性能、低成本的1.3μm波段面发射激光器奠定了关键基础。未来，随着结构设计、材料生长与工艺集成的持续优化，QD-PCSEL有望在数据中心光互连、传感与成像等领域发挥重要作用，推动硅基光电集成迈向新阶段。",[23,120,28,122,28,126],{"style":121},"border:1px solid #6554e6; background:#2d3436; padding:0.9rem 1rem; border-radius:0.75rem; margin:0 0 1rem 0;",[12,123,125],{"style":124},"font-family:'Mi Sans','MiSans','MiSans-Regular',sans-serif; font-size:1.05rem; font-weight:600; margin:0 0 0.6rem 0;","相关链接",[12,127,129,130],{"style":128},"font-family:'Mi Sans','MiSans','MiSans-Regular',sans-serif; font-size:0.95rem; margin:0 0 0.4rem 0;","[1] 论文：",[131,132,133],"a",{"href":133},"https://doi.org/10.1364/oe.562475",{"title":51,"searchDepth":52,"depth":52,"links":135},[],"2026-02-06","采用三晶格光子晶体结构，实现1.3μm InAs/GaAs量子点PCSEL首次室温连续波激射，并展示低阈值与窄线宽特性。",{"src":92},{},"/news/1p3um-quantum-dot-pcsel-first-room-temperature-cw-operation",{"title":73,"description":137},"news/1p3um-quantum-dot-pcsel-first-room-temperature-cw-operation",[66,68,144],"量子点","SfnjR5h4MrOgvC6DpD1qI7Bun0FeZiUIyXRXo0x3Gb0",{"id":147,"title":148,"badge":149,"body":150,"date":186,"description":187,"extension":56,"featured":57,"image":188,"meta":190,"navigation":61,"path":191,"pinned":57,"seo":192,"stem":193,"tags":194,"__hash__":196},"newsPostsZh/news/gclight-achieves-200mw-room-temperature-cw-output-in-1p3um-quantum-dot-pcsel.md","吉熙半导体实现 1.3 μm 量子点 PCSEL 200 mW 室温连续输出",{"label":7},{"type":9,"value":151,"toc":184},[152,155,158,161,164,169,171,176,178,181],[12,153,154],{"style":14},"    近日，杭州吉熙半导体科技有限公司在 1.3 μm 波段 InAs/GaAs 量子点光子晶体面发射激光器（PCSEL）研发上取得新进展，实现室温连续波（CW）输出功率 200 mW，刷新了已报道同类 1.3 μm 量子点 PCSEL 器件的 CW 输出纪录。",[12,156,157],{"style":14},"    1.3 μm 波段连续单模激光芯片是高速光通信模块的核心光源，可用于驱动硅光调制器。此次吉熙 PCSEL 的性能突破，表明其在连续单模输出功率这一关键指标上已展现出超越当前主流量子阱分布式反馈（DFB）激光器的潜力，进一步凸显了量子点 PCSEL 在超高速硅光互连模块中的应用前景。",[12,159,160],{"style":14},"    1.3 μm 波段位于光纤 O 波段，在光纤传输中具备近零色散并兼具较低损耗特性，尤其适用于数据中心、超级计算机等高速互连场景。目前该波段的商用连续单模光源主要基于 InP 基量子阱结构，但受限于材料特性和窄脊波导单模约束，其单模输出功率存在物理上限，难以满足硅光互连向更高传输速率持续演进的需求。",[12,162,163],{"style":14},"    相较之下，量子点材料在三维方向具有更强的载流子限制效应，能够形成类原子的分立能级，使量子点激光器兼具优异的高温特性、较强的抗光反馈能力和抗辐照能力，可在无制冷、无光隔离器条件下稳定工作。同时，GaAs 材料体系支持更大尺寸晶圆制造且材料成本更低，有助于进一步降低系统成本。因此，量子点 PCSEL 被认为是下一代算力中心、大数据中心可插拔光模块以及共封装光学（CPO）光互连的重要候选光源平台。",[30,165],{"src":166,"alt":167,"className":168},"/img/pcsel_article_4_01.webp","连续输出功率曲线",[35,36,95],[12,170,167],{"style":45},[30,172],{"src":173,"alt":174,"className":175},"/img/pcsel_article_4_02.webp","光谱曲线",[35,36,95],[12,177,174],{"style":45},[12,179,180],{"style":14},"    吉熙团队在量子点 PCSEL 领域已持续深耕多年。2019 年，团队首次提出平带增强型量子点 PCSEL 结构，实现了 13.3 mW 的室温连续输出和 150 mW 的脉冲输出，而当时同类器件的最大输出仅约 2 mW 且限于脉冲模式。2025 年，团队在《Optics Express》上报道了掩埋型量子点 PCSEL 的首次室温连续工作，并展示了低至 139 mA 的阈值电流。在此基础上，通过持续优化量子点材料生长与光子晶体制备关键工艺，团队进一步将 CW 输出功率提升至 200 mW，标志着 GaAs 基量子点 PCSEL 在实用化道路上迈出了重要一步。",[12,182,183],{"style":14},"    后续团队将继续优化结构与工艺，力争实现 1310 nm 波段 400 mW 至 800 mW 的连续输出功率，并持续研发 1550 nm、1064 nm 等多种波长的 PCSEL 激光器，为产业提供更具性价比的高质量光源。",{"title":51,"searchDepth":52,"depth":52,"links":185},[],"2026-03-13","吉熙半导体将已报道的 1.3 μm InAs/GaAs 量子点 PCSEL 室温连续输出功率提升至 200 mW，刷新同类 1.3 μm 器件的 CW 输出纪录。",{"src":189},"/img/pcsel_article_4_03.webp",{},"/news/gclight-achieves-200mw-room-temperature-cw-output-in-1p3um-quantum-dot-pcsel",{"title":148,"description":187},"news/gclight-achieves-200mw-room-temperature-cw-output-in-1p3um-quantum-dot-pcsel",[195,66,144],"公司动态","yR0pyQ6FurpvY0kKNcdBrSLFkvUdH6P8HH5xEjwKYNo",{"id":4,"title":5,"badge":198,"body":199,"date":54,"description":55,"extension":56,"featured":57,"image":222,"meta":223,"navigation":61,"path":62,"pinned":57,"seo":224,"stem":64,"tags":225,"__hash__":69},{"label":7},{"type":9,"value":200,"toc":220},[201,203,205,207,216,218],[12,202,15],{"style":14},[12,204,18],{"style":14},[12,206,21],{"style":14},[23,208,28,210,28,213],{"className":209},[26,27],[30,211],{"src":32,"alt":33,"className":212,"style":37},[35,36],[30,214],{"src":40,"alt":41,"className":215,"style":37},[35,36],[12,217,46],{"style":45},[12,219,49],{"style":14},{"title":51,"searchDepth":52,"depth":52,"links":221},[],{"src":59},{},{"title":5,"description":55},[66,67,68],{"id":227,"title":228,"badge":229,"body":231,"date":260,"description":261,"extension":56,"featured":57,"image":262,"meta":264,"navigation":61,"path":265,"pinned":57,"seo":266,"stem":267,"tags":268,"__hash__":270},"newsPostsZh/news/gclight-semiconductor-wins-national-disruptive-innovation-competition-award.md","我司项目斩获颠覆性技术创新大赛全国优胜奖",{"label":230},"荣誉奖项",{"type":9,"value":232,"toc":258},[233,236,239,244,246,249,252,255],[12,234,235],{"style":14},"    2025年12月10日至12日，第十四届中国创新创业大赛颠覆性技术创新大赛总决赛（以下简称“大赛”）在杭州市上城区举行。本届大赛由工业和信息化部火炬中心主办，杭州市人民政府、浙江省经济和信息化厅、浙江省科学技术厅承办。",[12,237,238],{"style":14},"    由我司自主研发的“高性能光子晶体激光器”项目，在大赛中一路过关斩将，先后通过公开海选、领域赛及全国总决赛层层选拔，最终荣获全国总决赛优胜奖这一最高奖项。",[30,240],{"src":241,"alt":242,"className":243},"img/news_article_4_02.webp","杭州吉熙半导体科技有限公司荣获奖项",[35,36,95],[12,245,242],{"style":45},[12,247,248],{"style":14},"    自2025年8月启动以来，大赛共吸引全国891个优质项目报名参赛，涵盖未来材料、未来制造、未来信息、未来能源、未来空间、未来健康六大前沿领域。经过多轮遴选，163项具有颠覆性潜力的技术项目脱颖而出，晋级总决赛。",[12,250,251],{"style":14},"    本届大赛竞争尤激烈，评审体系由产业专家、投资机构及技术权威共同组成，对项目的原创性、工程成熟度和市场前景进行多轮严格评估。我司项目能够在全国范围内脱颖而出，充分体现了其在激光器方向的颠覆性技术能力、工程实现水平及未来发展潜力。",[12,253,254],{"style":14},"    光子晶体激光器作为新一代半导体激光技术的重要发展方向，能同时具备高功率、小发散角、窄线宽的特性，在性能上可以突破当前半导体激光器的极限，实现单芯片超过100W的输出功率和小于1°的发散角。该技术在智能感知、生物医疗、激光雷达、光泵浦、量子科技等领域有颠覆性影响。本项目围绕核心芯片设计、器件结构优化及工程实现展开系统创新，已形成完整自主技术路线。",[12,256,257],{"style":14},"    此次获奖不仅是对项目技术先进性与商业价值的高度认可，也标志着我司在高端激光光源领域取得阶段性突破。未来，公司将持续加大研发投入，加速产品工程化与产业落地进程，推动国产高性能激光器关键技术实现规模化应用，为我国光电产业高质量发展贡献力量。",{"title":51,"searchDepth":52,"depth":52,"links":259},[],"2026-02-07","公司“高性能光子晶体激光器”项目在颠覆性技术创新大赛总决赛中获全国优胜奖，彰显技术突破与产业化潜力。",{"src":263},"img/news_article_4_01.webp",{},"/news/gclight-semiconductor-wins-national-disruptive-innovation-competition-award",{"title":228,"description":261},"news/gclight-semiconductor-wins-national-disruptive-innovation-competition-award",[195,230,269],"光子晶体激光器","TTzbaxLpuIKz-9X7xRT3VUu5t_AAX66lALOd_QIhd84",{"id":272,"title":273,"badge":274,"body":275,"date":136,"description":361,"extension":56,"featured":61,"image":362,"meta":363,"navigation":61,"path":364,"pinned":61,"seo":365,"stem":366,"tags":367,"__hash__":369},"newsPostsZh/news/semiconductor-today-reports-pcsel-research-progress.md","国际半导体行业著名杂志《Semiconductor Today》报道本团队PCSEL研究新进展",{"label":75},{"type":9,"value":276,"toc":359},[277,280,283,288,290,293,296,299,304,307,310,315,318,321,326,329,332,337,340,343],[12,278,279],{"style":14},"    2024年2月，本团队在光子晶体面发射激光器（PCSEL）研究领域取得重要进展，提出三晶格结构并实现低阈值1550 nm PCSEL，相关成果发表在Light: Science and Application vol.13，44，2024，国际半导体行业著名刊物《Semiconductor Today》以“Triple-lattice photonic crystal laser”为题对该成果进行了News Features（新闻特写）报道。《Semiconductor Today》指出：“ 1.55微米范围的光通过光纤传输损耗最小，且具有人眼安全功率高优点。然而，传统的激光器在这个范围内具有很高的带间吸收，因而性能较差。PCSEL 结构可以提供强大的光反馈来克服这个问题，降低阈值，提高输出功率。",[12,281,282],{"style":14},"    《Semiconductor Today》总部位于英国，是国际半导体行业著名杂志，专注于报道国际半导体领域的重要研究进展和最新行业动态，具有很强的行业影响力。",[30,284],{"src":285,"alt":286,"className":287},"img/pcsel_article_1_01.webp","Semiconductor Today 报道截图",[35,36,95],[12,289,286],{"style":45},[12,291,292],{"style":14},"    PCSEL指的是以二维光子晶体作为谐振腔，并依靠带边模式的衍射作用实现面发射激光输出。由于这些模式通常具有较大的模场面积，因此PCSEL相较于目前通信领域常用的半导体激光器，如垂直腔面发射激光器（VCSEL）和分布反馈激光器而言，具有更小的远场发散角。此外，由于PCSEL是通过二维光子晶体的横向反馈作用来形成谐振腔，因此无需像VCSEL那样外延数十对的DBR来实现垂直方向上的光反馈。这些特性使得PCSEL的性能和成本非常有竞争力。",[12,294,295],{"style":14},"    然而，PCSEL还有一些待解决的问题，其中就包括大的器件尺寸和高的阈值电流。大的阈值电流将抬高器件的能耗，同时也不利于增加器件调制速率。这一限制是源自于二维光子晶体腔的分布反馈机制，要求它有大的晶格周期数来提供足够强的光反馈。这就给缩小腔尺寸、降低器件阈值带来了挑战。",[12,297,298],{"style":14},"    在光子晶体激光器中，腔体尺寸越小，能量就越容易泄露出去，也就是谐振模式的光学损耗就上升得越快。而在各类谐振腔设计中，三晶格光子晶体结构展现出独特优势，它在相同的谐振腔尺寸下，具有最低的光学损耗。在该工作中，本团队首次提出用三晶格光子晶体这种结构来增强PCSEL谐振腔内的光反馈，并在其基础上制备了工作在1.55 μm波段的InP基连续电泵浦PCSEL，为缩小光子晶体腔尺寸、降低器件阈值提供了新途径，未来将在高速光通信、激光雷达等应用领域有着重要作用。",[30,300],{"src":301,"alt":302,"className":303},"img/pcsel_article_1_02.webp","不同光子晶体腔的模式损耗",[35,36,95],[12,305,306],{"style":45},"不同光子晶体腔的模式损耗 图源：Light Science & Applications",[12,308,309],{"style":14},"    如果我们将每个晶胞内仅具有一个孔的光子晶体称为单晶格光子晶体，那么这种三晶格光子晶体腔可视为三个单晶格光子晶体在结构上的嵌套叠加。通过调整嵌套晶格之间的相互间距，可以实现单晶格光子晶体难以达到的效果。比如，本报道中我们将晶格间距设置为波长的0.5倍，使得嵌套晶格的反馈光往返为波长的整数倍，从而实现相长干涉的效果。从耦合波理论的角度来分析，光子晶体腔的光反馈强度主要决定于180°反向传输波间的耦合作用，而其大小又受影响于折射率分布的二阶傅里叶系数。根据这一思想，我们研究了其与晶格间距间的函数关系。可以看出，相较于单晶格光子晶体，它最大可以实现180°光学反馈的三倍叠加，从而抑制了水平方向上的能量泄露，为缩小腔尺寸、降低阈值提供了有效手段。",[30,311],{"src":312,"alt":313,"className":314},"img/pcsel_article_1_03.webp","三晶格光子晶体腔的工作机制",[35,36,95],[12,316,317],{"style":45},"三晶格光子晶体腔的工作机制 图源：Light Science & Applications",[12,319,320],{"style":14},"    该器件采用和传统DFB工艺兼容的全半导体结构，基于MOCVD二次外延技术进行制备。首先在InP衬底上生长包括多量子阱有源区在内的外延层，然后利用电子束光刻和干法刻蚀技术在外延层上制备出特征尺寸在百纳米的光子晶体孔图案，随后通过二次外延填充孔洞并覆盖p型掺杂材料层，并完成器件制备。",[30,322],{"src":323,"alt":324,"className":325},"img/pcsel_article_1_04.webp","1550nm三晶格PCSEL器件结构",[35,36,95],[12,327,328],{"style":45},"1550nm三晶格PCSEL器件结构 图源：Light Science & Applications",[12,330,331],{"style":14},"    作为PCSEL的核心工作特性之一，连续波条件下器件在1.55μm波长处表现出稳定的激射峰，与理论设计的Γ₂点带边模式完全吻合。值得注意的是，即便在宽光谱扫描范围内（1350-1650nm），也未观察到其他寄生谐振峰，这证实了该三晶格光子晶体结构成功将振荡模式锁定在目标波段。",[30,333],{"src":334,"alt":335,"className":336},"img/pcsel_article_1_05.webp","1550nm三晶格PCSEL工作特性",[35,36,95],[12,338,339],{"style":45},"1550nm三晶格PCSEL工作特性 图源：Light Science & Applications",[12,341,342],{"style":14},"    PCSEL作为目前半导体激光器领域所关注的重要研究方向，可广泛应用于通信传输、激光泵浦、光学传感、医疗设备等多个技术领域。然而，受限于大的器件尺寸和高的阈值电流，当前PCSEL尚不能满足高速光通信等领域的实际应用需求。在该工作中，本团队提出了新型的三晶格光子晶体谐振腔，并基于该结构制备了1.55 μm波段连续电泵浦PCSEL。我们相信，该成果将为获得更小尺寸、更低阈值的PCSEL开创新的思路，未来有望实现在高速光通信等领域的应用。同时，这还有助于深化对光子晶体谐振腔反馈机理的理解，并为其设计提供新的维度。",[23,344,28,345,28,347,28,352],{"style":121},[12,346,125],{"style":124},[12,348,129,349],{"style":128},[131,350,351],{"href":351},"https://doi.org/10.1038/s41377-024-01387-4",[12,353,355,356],{"style":354},"font-family:'Mi Sans','MiSans','MiSans-Regular',sans-serif; font-size:0.95rem; margin:0;","[2]《Semiconductor Today》报道：",[131,357,358],{"href":358},"https://semiconductor-today.com/news_items/2024/feb/ucas-230224.shtml",{"title":51,"searchDepth":52,"depth":52,"links":360},[],"《Semiconductor Today》报道三晶格光子晶体结构与低阈值 1550 nm PCSEL 研究成果，发表于 Light: Science & Applications",{"src":285},{},"/news/semiconductor-today-reports-pcsel-research-progress",{"title":273,"description":361},"news/semiconductor-today-reports-pcsel-research-progress",[66,368,68],"行业报道","4HWYqdWzvyQPIwK13KSBjSO_8ouFDIsejCoxnOu7a0w",{"id":371,"title":372,"badge":373,"body":375,"date":260,"description":462,"extension":56,"featured":57,"image":463,"meta":464,"navigation":61,"path":465,"pinned":57,"seo":466,"stem":467,"tags":468,"__hash__":470},"newsPostsZh/news/what-is-pcsel-next-generation-high-performance-semiconductor-laser.md","什么是 PCSEL 新一代高性能半导体激光技术",{"label":374},"技术解读",{"type":9,"value":376,"toc":453},[377,380,385,390,392,395,398,403,405,408,412,415,419,431,436,438,441,444,447,450],[12,378,379],{"style":14},"    对于激光行业而言，长久以来面临着一个核心矛盾：半导体激光器虽紧凑高效，但其单模功率不足、远场发散角大，导致激光器的亮度较低；而能提供高亮度、高质量光束的气体或固体激光器则系统庞大复杂、能量转换效率低。这一矛盾在不断追求小型化、集成化的过程中愈发突出。近年来，光子晶体面发射激光器（PCSEL）的迅猛发展，正为我们提供一种极具吸引力的解决方案，它从物理原理层面重塑了半导体激光器的谐振腔结构，能大幅突破传统半导体激光器的亮度极限。",[381,382,384],"h2",{"id":383},"_1-工作原理二维平面内的相干振荡","1. 工作原理：二维平面内的相干振荡",[30,386],{"src":387,"alt":388,"className":389},"img/pcsel_article_3_01.webp","传统的半导体激光器",[35,36,95],[12,391,388],{"style":45},[12,393,394],{"style":14},"    理解PCSEL的关键在于理解其独特的光子晶体谐振腔的作用。与传统的边发射激光器（依赖法布里-珀罗腔或者一维光栅）和VCSEL（依赖上、下布拉格反射镜的垂直谐振）不同，PCSEL的核心谐振结构是一个刻蚀有周期性纳米孔阵列的薄层—光子晶体层。",[12,396,397],{"style":14},"    PCSEL器件内部的光场被外延层限制在平面内进行传播，且主要局限在光子晶体层（光的谐振）和有源层（光的放大）内。当光波在光子晶体平面内的不同方向传播时，空气孔可以将这些沿不同方向传播的光波进行耦合，每个空气孔都充当一个微型衍射中心，形成一个大面积的二维驻波场，这是PCSEL能够实现大光腔、单模工作的物理基础。从能带的角度解释，在光子晶体的带边位置存在一些群速度接近零的光子态，这些光子态的态密度极高，有利于形成高Q的谐振模式。通过对光子晶体的晶格常数进行选择，可以让器件工作在指定的Γ₂点处，该处的带边模式可以实现最好的垂直辐射效果。",[30,399],{"src":400,"alt":401,"className":402},"img/pcsel_article_3_02.webp","PCSEL的器件结构",[35,36,95],[12,404,401],{"style":45},[12,406,407],{"style":14},"    此外，PCSEL的模式选择性受光子晶体孔的形貌影响很大，所以在结构设计中抑制高阶模、确保稳定的基模振荡是获得高光束质量的关键之一。目前主流的光子晶体结构主要有圆形和三角形单晶格结构、日本京都大学团队提出的双晶格结构、本团队提出的三晶格和本团队提出的T形结构几种。光子晶体结构设计的核心在于使高阶模的衍射损耗增加，从而在模式竞争中被抑制，并通过精确的结构制备使得器件性能符合设计预期。",[381,409,411],{"id":410},"_2-性能特点多维度的突破性优势","2. 性能特点：多维度的突破性优势",[12,413,414],{"style":14},"    PCSEL既具有传统半导体激光器低成本、小体积、高效率的特点，还具备高亮度、窄线宽的独特优势，这些性能特点恰恰击中了当前高端激光应用的痛点。",[416,417,418],"h3",{"id":418},"亮度跃升",[12,420,421,422,426,427,430],{"style":14},"    亮度是评价激光加工和远场探测能力的重要指标，传统高功率半导体激光器的亮度通常低于0.1 GW·cm",[423,424,425],"sup",{},"−2","·sr",[423,428,429],{},"−1","，而PCSEL则实现了数量级的跨越。在连续波条件下，直径3 mm的PCSEL在50W输出功率下，亮度可达到1 GW·cm⁻²·sr⁻¹，能用于不锈钢切割等高功率加工场景，媲美二氧化碳激光器、光纤激光器等传统高亮度激光器。根据理论预测，PCSEL可以将连续功率继续提升至百瓦甚至千瓦的水平，展示出了替代大体积高亮度激光器的巨大潜力。",[30,432],{"src":433,"alt":434,"className":435},"img/pcsel_article_3_03.webp","PCSEL的突破性性能 (a)紧凑的金属加工 (b)亚kHz窄线宽",[35,36,95],[12,437,434],{"style":45},[416,439,440],{"id":440},"光束整形",[12,442,443],{"style":14},"    通过控制光子晶体空气孔的位置和尺寸，PCSEL可以直接操控出射光场，实现任意的出光方向。不但可以无需准直透镜实现极小的发散角，通过对光子晶体进行逆向设计，PCSEL还可以直接发射出预设的复杂光斑图案，相当于将衍射光学元件的功能直接刻写在谐振腔内，为结构光投影等场景打开了新大门。此外，其掩埋式的光子晶体结构也有利于将超透镜工艺与PCSEL进行结合以实现更复杂的光束特性。",[416,445,446],{"id":446},"六边形战士",[12,448,449],{"style":14},"    自从1999年被发明以来，PCSEL从最初的近红外波段不断向其它波长拓展，在短波侧已经实现了基于GaN材料的瓦级蓝光输出（~430 nm），在长波侧拓展到了中红外波段，通过与量子级联激光器结合，获得了数瓦的激光输出。在光谱线宽方面，由于PCSEL激射模式拥有巨大的光子数量，其线宽最低已经可以达到kHz的量级，这远远优于传统DFB激光器MHz的水平，同时还有更高的光功率。另外，通过向PCSEL内部注入大的脉冲电流，可以获得高达千瓦峰值功率的纳秒级光脉冲。PCSEL还可以进行高速直接调制，由于其自身具有较高的光输出功率，因此可以摆脱对光放大器的依赖，实现更紧凑的空间光通信系统。",[12,451,452],{"style":14},"    随着PCSEL性能的继续不断提升以及微纳制造工艺的逐渐成熟，PCSEL的大规模批量生产将逐步实现并走向商用，继而催生出下游更多的技术和应用创新。二十多年间，PCSEL已经从一个实验室概念，成长为一种具备颠覆性潜力的实体技术。当然，挑战依然存在，例如进一步扩大单模器件尺寸以追求千瓦级连续波功率、在不同光波长和材料体系上全面实现高性能等。但是毋庸置疑，随着PCSEL技术进一步发展，将在量子技术、空间通信、激光核聚变等更多的前沿领域发挥重要的作用。",{"title":51,"searchDepth":52,"depth":52,"links":454},[455,456],{"id":383,"depth":52,"text":384},{"id":410,"depth":52,"text":411,"children":457},[458,460,461],{"id":418,"depth":459,"text":418},3,{"id":440,"depth":459,"text":440},{"id":446,"depth":459,"text":446},"系统解读 PCSEL（光子晶体面发射激光器）的工作原理与性能优势，阐述其在高亮度、窄线宽与复杂光束整形中的应用潜力。",{"src":387},{},"/news/what-is-pcsel-next-generation-high-performance-semiconductor-laser",{"title":372,"description":462},"news/what-is-pcsel-next-generation-high-performance-semiconductor-laser",[374,68,469],"半导体激光","SGzzFBhd4urXxrygtWJYCyEVnbjgbUhmuuqMFHuUY1Q",1776160026403]