标题: 垂直腔面发射激光器的研究进展及其应用
发信站: 紫金飞鸿(2002年01月09日16:06:43 星期三), 站内信件
垂直腔面发射激光器的研究进展及其应用
王莉陈弘达潘钟黄永箴吴荣汉 ( 中国科学院半导体研究所北京100083 ) 摘要：垂直腔面发射激光器VCSEL 具有常规半导体激光器不可比拟的优点其光束是园形的易于实现与光纤的高效耦合VCSEL 的有源区尺寸可做得非常小以获得高封装密度和低阈值电流适宜的设计可将激光二极管制成简单的单片集成二维列阵以实现二维光数据处理所用的激光源芯片生长后无须解理封装即可进行在片实验由于VCSEL 的优良性能从而获得 了国内外科技界企业界的高度关注本文对这种器件的性能开发现状及应用作简要的概述 关键词垂直腔面发射激光器光纤通信光网络光互连
1 引言
近年来由于人们对于超长距离超高速千兆比特/秒(Gbit/s)及至兆兆比特/秒(Tbit/s)光 纤网络的需求对于高性能低成本光互联网的需求以及对于光学存贮密度的不断提高的要 求使一种极其优秀的异型半导体激光器垂直腔面发射激光器(VCSEL)应运而生1979年东京工业大学的Iga 提出了垂直腔面发射激光器的思想并于1988 年研制出首枚VCSEL 器件自诞 生 之日起其优异的性能就获得了人们的青睐科学家们以极大的热情投身到它的研究和开发 中去 使其蓬勃发展短短的十几年来其波长材料结构应用领域都得到迅猛发展部份产品进 入市场据美国Cousultancy ElectroniCast 公司最近预测[1] 仅就用于全球消费的VCSE L 基光 收发机而言2003 年VCSEL 将达到11.43 亿美元2008 年将达到近60 亿美元
2 垂直腔面发射激光器性能及结构
2 . 1 垂直腔面发射激光器的特性
垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser 简称VCSEL)及其阵列 是一种新型半导体激光器它是光子学器件在集成化方面的重大突破VCSEL 与常规的侧向出光的端面发射激光器在结构上有着很大的不同端面发射激光器的出射光垂直于芯片的解理平面(见图1)[2] 与此相反VCSEL 的发光束垂直于芯片表面(见图2) 这种光腔取向的不同导致VCSE L 的性 能大大优于常规的端面发射激光器 图1 端面发射的常规半导体激光器图2 垂直腔面发射激光器 这种性能独特的VCSEL 易于实现二维平面列阵,而端面发射激光器由于是侧面出光而难以 实 现二维列阵小发散角和园形对称的远近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高现已证实 与多模光纤的耦合效率大于90% 而端面发射激光器由于发散角大且光束的空间分布是非 对称的128 飞通光电子技术2001 年9 月 因此很难提高其耦合效率由于VCSEL 的光腔长度极短导致纵模间距拉大可在较宽的 温度范围内得到单纵模工作动态调制频率高腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面 发射 激光器高几个数量级这导致许多物理特性大为改善如能实现极低阈值甚至无阈值激射可 大 大降低器件功耗和热能耗由于从表面出光无须像常规端面发射激光器那样必须在外延片 解理封 装后才能测试它可以实现在片测试这导致工艺简化大大降低制作成本此外其工艺 与平面硅工艺兼容便于与电子器件实现光电子集成
2 . 2 V C S E L 的基本结构
典型的VCSEL 结构示于图3[2] 通常仅约20nm 厚的三量子阱发光区夹在称之为Bragg 反射器的两组高反射率平面镜 之间顶部和底部的Bragg 反射器由交替生长的不同X 和Y 组分的半导体薄层组成相邻层之间的折射率差使每组叠层 的Bragg 波长附近的反射率达到极高( 99%)的水平Bragg 反射镜中的每层厚度为出射光工作波长的四分之一需要制 作的高反射率镜的对数根据每对层的折射率而定激光器的 偏置电流流过所有镜面组它们被高掺杂以便减小串联电阻 有源区由提供光增益的量子阱结构构成典型的量子阱数为1 4
个量子阱被置于谐振腔内驻波图形的最大处附近以 便获得最大的受激辐射效率。
3 VCSEL 的发展水平
3 . 1 0 . 8 5 m 及0 . 9 8 m 波段V C S E L
0.85 m GaAs/AlGaAs 及0.98 m InGaAs/GaAs 系列的VCSEL 已趋于成熟[1] 当GaAs/AlG aAs 量子阱VCSEL 的腔面积做到2 2 m2 时其阈值电流低达90 A 频率响应40GHz 工作效率 达47% 在误码率(BER)<10-12 时其传输速率高达到10Gb/s 最近Lucent 公司采用0.85 m VCSEL 与新型多模光纤耦合实现了超过1.6km 10Gb/s 的传输实验0.85 m VCSEL 目前已实现了 商用 化Honeywell 公司典型的SV3639 器件性能如下 波长850nm 模式单纵模和单横模 驱动电压1.8V 驱动电流1 7mA 阈值电流100 A 输出功率0.5 1mW(在1mA 驱动电流下) 上升/下降时间200ps 斜率效率0.3mW/mA 相对强度噪声-130dB/Hz 在集成面阵方面据最新报道:Honeywell 公司研制的108 34 VCSEL 集成面阵成品率高达 94%
3 . 2 1 . 3 m 和1 . 5 5 m V C S E L
1.3 m 和1.55 m VCSEL 除具有上述VCSEL 的各种特点外还具有处于光纤的低色散和低衰 减窗口的特点它可作为低成本高性能激光光源在光纤通信网络高速数据传输并行光互 连等方面具有广泛的应用前景特别是在中长距离高速传输方面具有0.85 m 及0.98 m VC SEL 无法比拟的优点将来的光纤到户和光纤到路边等的实施必将给1.3 m 和1.55 m VCSEL 提 供 广阔市场 1.3 m VCSEL 是极具潜力的器件Honeywell 的Ashton 相信如果驱动电流低于1mA 速率高 于1GHz 的1.3 m VCSEL 的价格具有很大竞争力的话会淘汰0.85 m VCSEL[1] 目前InP 基1.3μm 和1.55μm VCSEL 的研究取得了一定的进展[1,2,5] 但是由于InP 系 弱电 子限制,导致载流子泄漏此外由于这种材料系统的大的非辐射复合以及电流限制结构及高 反 图3 VCSEL 结构示意图 第1 卷第3 期飞通光电子技术129 射率Bragg 反射镜(DBR)制备十分困难等原因[1,3] 使InP 基的InGaAsP VCSEL 研究进展 缓慢 最近对开拓 1.3 m 带隙新材料的愿望科学家们采用了传统合金材料--镓铟氮砷(GaInNAs ) 来制作VCSEL GaAs 基的GaInNAs 是一种极有前途的长波长通信用新材料[4,5] GaInNAs /GaAs 有 着非常好的电子限制导带差大于300meV 因此特征温度T0 可望有显著的提高(超过150K) 当In 原子引入GaAs 形成GaInAs 合金时晶格常数将增大禁带宽度将减小而当N 原子引入 GaAs 形成GaNAs 合金时晶格常数将减小禁带宽度将减小因此调整GaInNAs 中In 与N 的 含量可以得到与GaAs 晶格匹配的直接带隙材料或应变量子阱材料而其波长范围可从1.0 m 覆盖到
2.0 m 不言而喻GaInNAs 材料是一种潜在的极有发展前景的VCSEL 材料极有可能 取代InP 系材料未来的新器件将用于长波长高速宽带光通信 美国Sandia 国家实验室的科学家们用MBE 和MOCVD 技术制作GaInNAs/GaAs VCSEL[4] 并 取 得突破性进展他们已研制出该材料的端面发射激光器, 并有望于今年年底研制出VCSEL 德国 Würzburg 大学的M Reinhardt 等人[6]报道了第一支GaAs 基1.3μm 单纵模分布反馈激 光器有源 层为InGaNAs 的双量子阱结构其阈值电流密度低于1kA/cm2 Sandia 国家试验室的Meanw hile 等人声称在GaAs 上生长出了第一支该材料的电泵浦1.3μm VCSEL,其输出功率为60μW 在高达 55C 时仍可CW 工作阈值电流在1.5 10mA 之间 一种在GaAs 上生长的GaAsSbN 材料有可能担当制作更长波长VCSEL 的重任法国France Telecom R&D 的Giovanni Ungaro 等人对该材料进行了详细的组分和发光特性的研究实 现了 1.3μm 电致发光 此外一种含铊Tl 的TlInGaAs/InP 材料的带隙跨度为0.75 0.1eV,即波长范围为1.65 12μm Osaka 大学的H. Asahi 等人通过试验证实该种材料具有优良的波长温度稳定性随 着Tl 含量的增加波长随温度的变化率下降当Tl 含量为13%时温度变化率为0.03meV/K 即是0. 04nm/K, 而相应的InGaAsP/InP 却为0.1nm/K 因此它在波分复用中有重要的潜在意义然而研究此 种材料的最大障碍是它的
剧毒性
3 . 3 多波长V C S E L 列阵[ 2 ]
可调谐VCSEL 阵列在局域网长距离超大容量信息传输方面的应用蕴藏着巨大的潜力它可 提供更多的自由度波长使密集波分复用(DWDM)成为可能极大地提高系统的容量和传输速 率 密集波分复用系统的关键器件之一就是多波长激光器阵列 采用过生长(overgrowth)波长调节技术比其它生长技术更有吸引力过生长技术之一的多 步 刻蚀法是采用将GaAs 层阳极氧化然后移走氧化层的方法J.H.Shin 和B.S.Yoo 使用该法 制 作了从0.855 0.862 m 波段的非常窄的等间隔波长的八信道多波长VCSEL 列阵其平均波 长间 隔为0.94nm 由于采用SiNx 调节层代替GaAs 调节日层的多步刻蚀法产生了上述信道SiN x 的 折射率几乎是GaAs 的一半因此对于相同目标的波长间隔其控制厚度的能力几乎是GaAs 的两 倍此外SiNx 刻蚀方案可应用到任意波长系统如1.55 m 光谱范围和可见光波长范围这一 结果说明以大容量DWDM 应用为目的用过生长波长调谐技术精确分割VCSEL 列阵波长是可行的
3 . 4
V C S E L列阵用于激光照排激光雷达光通信和泵浦固态及光纤激光器的大功率列阵所需的功率密度和亮度的实用化VCSEL 系统尚未得到证实为了充分挖掘VCSEL 列阵的潜力有效办法是需提 高它 们的峰值功率密度并将制作成本降至低于端面发射激光器列阵的水平[2] 迄今为止所实 现的 最高功率密度是M Grabherr 等人制作的由23 个单元组成的列阵脉冲功率为300W/cm2 和 美 国伯克利加利弗尼亚大学D Francis 等人制作的由1000 个单元组成的列阵CW 输出功率 为2W 脉冲输出功率为5W 美国Lawrence Livermove 国立研究所H.L.Chen 等人还是制出了1cm 1cm 单片二维VCSEL 列阵由于采用了微透镜列阵来校准发自整个激光器列阵的光束而使该列 阵亮度 130 飞通光电子技术2001 年9 月 增长了150 倍采用F2 透镜使整束光束聚焦成直径为400 m 的光斑此外将VCSEL 光束的7 5% 耦合进1mm 直径的光纤芯这些结果表明将大面积VCSEL 列阵焊接在热沉上是可行的即使 平行 放置的列阵的元件大于1000 只但整个列阵散热不会存在问题 美国新墨西哥州大学A.C.Alduino 等人引入了一种新型类平面制作技术将多波长VCSEL 与 谐振腔增强型光电探测器(RCEPD)单片集成在制作技术中用大量不连续的新月形氧化物面 的 方法形成不同尺寸范围的电流窗口( 4 m 在保持其二维性的同时还改善了器件尺寸其结 果是VCSEL 具有与腐蚀台面器件可比拟的电学和光学特性用该技术制作的高速RCEPD 上 升时间 约为65ps
3 . 5 可见光V C S E L
由于对于大容量光存贮的要求日益迫切可见光VCSEL 变得越来越重要了同时红光VCSEL 便于与塑料光纤低损耗耦合 美国罗德岛Brown 大学工程部和物理系的Y.K.Song 等人[7]研制了准连续波光泵浦的紫 色 VCSEL 它由InGaN 多量子阱有源区和高反射率介质镜对组成直至258K 温度下仍能实现高 重复 频率(76MHz)脉冲光泵条件下激射平均泵浦功率约30mW,激射波长为0.403 m 阈值以上的 光 谱半宽小于0.1nm
3 . 6 硅上V C S E L [ 2 ]
在硅(Si)上制作的VCSEL 还未实现室温连续波工作这是由于将AlAs/GaAs 分布Bragg 反 射 器(DBR)直接生长在Si 上形成在界面处结构粗糙从而导致了DBR 较低的反射率日本Toyo hashi 大学T.Tsuji 等人由于在GaAs/Si 异质界面处引入多层(GaAs)m(GaP)n 应变短周期超晶 格(SSPS) 结构而降低了GaAs-on-Si 异质结处延层的螺位错其螺位错密度从109 cm-2 降至107 cm -2
3 . 7 - 族铅盐V C S E L [ 2 ]
鉴于铅盐( - 族)的能带结构长期以来铅盐( - 族)激光器占据了3 30 m 波长范围 中远红
外激光器的主导地位具有相干波长可调谐性的这类激光器非常适合于痕量气体分 析和 大气污染监测中的高分辨率红外显微镜应用 虽然这类激光器通常生长在铅盐衬底上但业已证实BaF2 对于铅盐异质结构而言是一种极 好 的衬底材料替代物奥地利Linz 大学G Springholtz 等人探讨了在4 6 m 光谱范围内实现 VCSEL 的可能性其核心技术是利用MBE 制作铅盐基中远红外Bragg 反射器结构他们关注 着 各种组份的Pb1-xEuxTe 以实现与作为有源材料的PbTe 相兼容的Bragg 反射器这些多层 结构被淀 积在解理后的BaF2(111)衬底上具有4 6 m 高反射频带的反射器当其具有32 对/4 反射镜 对 时反射率高达99% 该种微腔PbTe/Pb1-xEuxTe 结构的剖面SEM 照片证实了其具有良好的 界面平整 性层厚控制和重复率在该项工作中得到的结果使我们看到了- 族中远红外VCSEL 的制 作和应用的希望值得一提的是,氧化物限制[1]和衬底选择[2]工艺对实现高质量VCSEL 具 有举足轻 重的作用氧化物限制的重大意义正如Honeywell 的负责人Ashton 所说在一系列商品化制 造 中最重要的步骤之一是开发氧化物VCSEL 这种化学淀积工艺可以较好地控制发射区范围 和芯片 尺寸并具有极大地提高效率和使光束稳定地耦合进单模和多模光纤的能力正因采用了这 一 步骤Honeywell 的最新氧化物限制方案器件有望将阈值电流降到几百A VCSEL 在动力学运行中的偏振稳定性是实现低噪声高速光数据链路和光互连所必须的由于VCSEL 结构完全不具备偏振选择性因此实现偏振稳定性的主要办法是在光学增益和光损耗中引入各向异性一种有效的方法是采用(n11)向衬底因为这会使有源区内引入有效的偏振选 择 机制日本NTT H Uenohara 等人对比了生长在(311)B 和(100)衬底上的0.85 m GaAs 基V CSEL 的偏振稳定性的差异将生长在(311)B 衬底上的VCSEL 的两种相互正交的偏振模式的功率 比定义 为正交偏振抑制比其值远大于生长在(100)衬底上的器件的比值这种差异被认为是由于( 311)B第1 卷第3 期飞通光电子技术131 表面的多量子阱的各向异性光增益引起的偏振控制所致
4 VCSEL 的应用
4 . 1 作为千兆比特光纤通信的光源[ 1 ]
由于千兆比特(Gbit/s)速率通信网的需求不断上升近期内铜线基局域网(LAN)将很快终止铺设而由多模光纤制作的数据通信(datecom)链路取而代之早期这种系统依赖0.85 m 或1.3 m 的发光二极管(LED)光源其在十至几百Mbit/s 速率下工作显然不能胜任千兆比 特LAN 的需求市售的最优秀的 1.3 m LED 仅限于在最大光纤跨距500m 范围内以约622Mb it/s 的数据速率工作在更高速率下廉价的LED 光源就显得躁声太大速率慢且效率低改变上述 状况的方法是以低噪声快速的激光器代替LED 鉴于VCSEL 性能比常规端面发射激光器优 异得 多因此作为光发射机的光源当仁不让地由VCSEL 来承担 瑞典Mitel 半导体光学营业部经理Olof Svenonius 说我们走进VCSEL 即是走进数据通 信产业的开始人们相信VCSEL 和千兆比特网会代替规模巨大的LED 和兆比特网这主要是 由于 VCSEL 显示出优异的性能价格比 VCSEL 主要用途之一是短距离大容量并行数据链路采用线性或二维VCSEL 列阵与光纤 连接的方法如Infineon 的并行数据系统(PAROLI)采用0.85 m 的VCSEL 据推测在适当时 候 它们会象1.3 m 和1.55 m 激光器那样流行起来许多分析家预见VCSEL 将成为光纤到家( fiber to home)装置的合适光源Mitel 正在开发用于网络装置内部和网络之间的VCSEL 产品公 司负 责人Svenonius 说前者将超过若干米并包括兆兆比特开关路由器和光横向连接器在内的 shelf-to-shelf 和board-to-board 互联网 1.55 m 波段调谐VCSEL 对密集波分复用的应用来说是一种非常有趣而潜在的低成本办法
4 . 2 用于光信号存贮的光源
可见光VCSEL 和相同结构的探测器可用于光信号存贮系统以提高存贮密度常规光盘读出系统采用端面发射激光器作光源还配以分立的外部光电探测器来监测发自光盘的反射
光美国加利弗尼亚大学J.A.Hudgings 等人演示了一种采用带有内腔量子阱吸收器的VCSEL 的新型集成光盘读出头[2] 由VCSEL发出的CW 光束恰好聚焦在光盘上而经扩展的反射光束直接进入VCSEL光腔在反向偏置下内腔吸收器的功能是作为光电探测器其产生的光生电流提供一种精确的发自光盘的光反馈变量这种方法能进一步放大由光盘拾取头获得的读出信号当器件被施以偏压工作在光双稳状态下时他们实现了具有-2.5kHz 下0.22V 的峰-峰信号高效探测这种探测技术直至50kHz 时仍然有用这一工作体现了密集的集成光学拾取探测的一种新型方法
4 . 3 V C S E L 在光互连中的应用[ 8 , 9 ]
VCSEL 及其智能像元可以象其它半导体激光器一样用于光存储读/写光源激光打印显示 图像信号处理光通信等方面更为重要的是它可以充分发挥光子的并行操作能力和大规模 集 成面阵的优势在光信息处理光互连光交换光计算神经网络等领域具有广阔的应用前景 VCSEL(0.98 m 或0.85 m)及其智能像元为光互连技术的发展提供了关键器件美国由HP GE Honeywell Motorola 等几大公司牵头的几个大型计划对VCSEL 激光器在计算机光互 连中 的实用化做了大量细致和开创性的工作由于将聚合物(Polymer)光互连技术用于光的传输 媒介 整个模块的造价大幅度下降工艺流程日趋简化稳定 1 16 1 32 系列的VCSEL 激光器产品 已 步入实用化阶段GE 和Honeywell 公司共同研制了用Polymer 作光波导的32 通道VCSEL 光互连 模块Motorola 公司在其OPTOBUSTM 互连中用VCSEL 作光源实现了基于多模光纤的10 通 道并行 双向数据链路光互连AT&T Bell Lab 研制了用于光电集成OEIC 的高密度32 通道16Gb/s 光 学数据互连系统其发射模块用VCSEL 阵列作光源NEC 公司研制了含VCSEL(0.98 m)的插拔 式132 飞通光电子技术2001 年9 月 连接器以1Gb/s 速率传输几十米时的误码率为10-11 德国Ulm 大学实现了VCSEL(0.98 m )以 10Gb/s 速率传输500m 时误码率小于10-11 日本东京工业大学以K.lga 为首的研究小组 将VCSEL 集成面阵与微透镜阵列技术自对准光学技术相结合构成光互连系统 以VCSEL 为基础器件的具有高速大容量﹑高并行处理功能的光互连光交换系统有着极好 的 应用前景及很强的开拓性和探索性从目前器件研究的进展状况来看研究处于发展阶段由 于 应用性强世界各大公司都在积极开展研究国外一些公司的VCSEL 器件开始步入实用化阶 段 从应用与市场角度看现在仍处于应用开拓阶段这类研究在发展计算技术和通信技术方面 具有 战略意义其市场前景广阔应用需求量很大具有重大社会效益和经济效益
5 结语 VCSEL 具有常规端面发射激光器无法比拟的优点其光束是园形的易于实现与光纤的高效 耦合VCSEL 的有源区尺寸可做得非常小以获得高封装密度和低阈值电流适宜的设计可将 激 光二极管制成简单的单片集成二维列阵以实现二维光数据处理所用的激光源芯片生长后 无须 解理封装即可进行在片实验 由于长距离宽带高速光通信高速存取光信息处理高性能低成本光互连器件的需求牵引 VCSEL 器件无论从材料种类还是波长结构都呈多元化高速发展趋势目前0.85 0.95 m 波段VCSEL 较为成熟并已实现商用化而 1.3 1.55 m VCSEL 作为长程光通信光源也呈现出 新的增长趋势但制作1.3 m 或1.55 m VCSEL 的技术问题还需不断解决
参考文献
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作者简介 王莉女中国科学院半导体研究所高级工程师长期从事半导体光电子信息工作是高 科技内部刊物光电子简报和集成光电子学进展的责任主编
酶在有机合成中的应用进展 许广帅 （化工学院化工一班） 摘要：由于有机溶剂易使酶蛋白变性、失活或抑制其反应，因此，长期以来，形成了一个概念：酶反应需在水溶液中进行。尽量避免使用有机溶剂。随着酶学研究的进展。经过近十年的大量研究，人们发现。只要条件合适，酶在有机溶剂中是完全能够起催化反应的。1985年欧洲生物技术联合会召开了“生物催化剂在有机合成中的应用，随后又组织了“有机相中的酶催化讨论会，引起了与会科学工作者扳太的兴趣。近年来。有机合成化学领域的一个重大进展就是应用微生物或酶进行催化反应。由于酶催化反应具有高度的专一性，使得这种合成与转化在合成化学领域中具有很大的理论价值和应用潜力。 关键词：酶、有机溶剂、生物催化剂、催化反应 Abstract: Because the organic solvent is easy to make enzyme protein denaturation and inactivation or inhibit the reaction, therefore, for a long time, form a concept: enzyme reaction should be carried out in aqueous solution. Try to avoid using organic solvent. With the progress of the enzymology. After nearly 10 years of research, people found. As long as conditions are right, enzymes in organic solvents is fully capable of catalytic reaction. In 1985 European biotechnology federation held a \"the application of biological catalyst in organic synthesis, and then organized\" seminar on enzyme catalysis in the organic phase, aroused the interest of the scientific workers pull too. In recent years. A significant progress in the field of organic synthesis chemistry is the application of microorganism or enzyme catalytic reaction. Because the enzyme catalytic reaction are highly specific, makes the synthesis and transformation in the field of synthetic chemistry has great theory value and application potential. Key words:Enzyme, organic solvents, catalysts, catalytic reaction 1 前言 酶除作用于天然底物外，还可作用于与其底物结构相似的物质发生非自然催化，从而构戚了一个特殊的化学合成新锈域。通过酶催化可以完成各种各样的化学反应，如：氧化、脱氢、还原、脱氨、羟基化、甲基化、环氧化、脂化、酰胺化、磷酸化、开环反应、异构化、侧链切除、缩合以及卤代等反应。由于酶催化较化学法催化具有区域选择性、立体选择性、条件温和、反应速度快等优点，
标题: 垂直腔面发射激光器的研究进展及其应用 发信站: 紫金飞鸿(2002年01月09日16:06:43 星期三, 站内信件 垂直腔面发射激光器的研究进展及其应用 王莉陈弘达潘钟黄永箴吴荣汉 ( 中国科学院半导体研究所北京100083 摘要:垂直腔面发射激光器VCSEL 具有常规半导体激光器不可比拟的优点其光束是园形的易于实现与光纤的高效耦合VCSEL 的有源区尺寸可做得非常小以获得高封装密度和低阈值电流适宜的设计可将激光二极管制成简单的单片集成二维列阵以实现二维光数据处理所用的激光源芯片生长后无须解理封装即可进行在片实验由于VCSEL 的优良性能从而获得了国内外科技界企业界的高度关注本文对这种器件的性能开发现状及应用作简要的概述关键词垂直腔面发射激光器光纤通信光网络光互连 1 引言 近年来由于人们对于超长距离超高速千兆比特/秒(Gbit/s及至兆兆比特/秒(Tbit/s光纤网络的需求对于高性能低成本光互联网的需求以及对于光学存贮密度的不断提高的要求使一种极其优秀的异型半导体激光器垂直腔面发射激光器(VCSEL应运而生1979年东京工业大学的Iga 提出了垂直腔面发射激光器的思想并于1988 年研制出首枚VCSEL 器件自诞生之日起其优异的性能就获得了人们的青睐科学家们以极大的热情投身到它的研究和开发中去使其蓬勃发展短短的十几年来其波长材料结构应用领域都得到迅猛发展部份产品进入市场据美国Cousultancy ElectroniCast 公司最近预测[1] 仅就用于全球消费的VCSE L 基光收发机而言2003 年VCSEL 将达到11.43 亿美元2008 年将达到近60 亿美元 2 垂直腔面发射激光器性能及结构 2 . 1 垂直腔面发射激光器的特性 垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser 简称VCSEL及其阵列是一种新型半导体激光器它是光子学器件在集成化方面的重大突破VCSEL 与
第４２卷 第４期２０１８年７月 激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ，２０１８ 文章编号：１００１-３８０６（２０１８）０４-０５５６-０６ 可调谐垂直腔面发射激光器 李保志，邹永刚 * （长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，长春１３００２２） 摘要：近年来国内外在可调谐垂直腔面发射激光器这一研究领域取得了极大的进步。叙述了可调谐垂直腔面发射 激光器的结构原理和发展历程，对不同结构的优缺点作了对比介绍，展望了可调谐激光器的发展前景。这种器件在光传输、光互连及光并行信息处理等方面有着良好的应用前景。 关键词：激光器；可调谐半导体激光器；谐振腔光程；面发射中图分类号：ＴＮ２４８．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．７５１０／ｊｇｊｓ．ｉｓｓｎ．１００１-３８０６．２０１８．０４．０２３ Ｔｕｎａｂｌｅｖｅｒｔｉｃａｌｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒｓ ＬＩＢａｏｚｈｉ，ＺＯＵＹｏｎｇｇａｎｇ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈ-ＰｏｗｅｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＬａｓｅｒｓ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｇｒｅａｔｐｒｏｇｒｅｓｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｔｕｎａｂｌｅｖｅｒｔｉｃａｌｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒｓ．Ｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒｉｓｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ａｎｄｔｈｉｓｎｏｖｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈａｓｓｍａｌｌｏｐｔｉｃａｌｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅ，ｂｅｉｎｇｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｏｔｈｅｒｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｉｎｃｈｉｐ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｔｕｎａｂｌｅｖｅｒｔｉｃａｌｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅ-ｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒｓｗｉｔｈｍｉｃｒｏ-ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｕｎａｂｌｅｖｅｒｔｉｃａｌｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒｓｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｔｕｎａｂｌｅｌａｓｅｒｓｗｅｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｔｕｎａｂｌｅｌａｓｅｒｓｏｆｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｃａｎｍａｋｅｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔｌｏｗｅｒ．Ｌａｒｇｅｒａｎｇｅｔｕｎａｂｌｅｌａｓｅｒｓｗｉｔｈｏｕｔｍｏｄｅｈｏｐｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｈｉｇｈ-ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｌａｓｅｒｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｌａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇ．Ｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｄｅｖｉｃｅｈａｓｇｏｏｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐａｒａｌｌｅｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｓ；ｔｕｎａｂｌｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ；ｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆｒｅｓｏｎａｔｏｒ；ｓｕｒｆａｃｅｅｍｉｔｔｉｎｇ 作者简介：李保志（１９９３-），男，硕士研究生，主要从事光 电子技术及应用方面的研究。 *通讯联系人。Ｅ-ｍａｉｌ：ｚｏｕｙｇ＠ｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 收稿日期：２０１７-１０-０９；收到修改稿日期：２０１７-１２-２５ 引 言 与传统的边发射激光器不同，垂直腔面发射激光器（ｖｅｒｔｉｃａｌｃａｖｉｔｙｓｕｒｆａｃｅｅｍｉｔｈｉｎｇｌａｓｅｒ，ＶＣＳＥＬ）是一种光垂直于衬底表面发射的新型激光器 ［１］ 。自２０世纪 ７０年代被发明以来，ＶＣＳＥＬ在光通信、光互联和光存储等领域都得到了广泛应用，并且在高性能计算机（ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，ＨＰＣ）、磁光记录仪、原子钟、电子控制产品（激光成像和制导、激光雷达）等领域也具有广泛的应用前景。ＶＣＳＥＬ除了可在同一衬底上并列集成多个器件外，还具有圆形对称光斑、体积 小、阈值低、单纵模、耦合效率高、调制速率高［２］ 等诸多优点。 一般的ＶＣＳＥＬ器件发射波长是不变的。在密集波分复用通信系统（ｄｅｎｓｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅ-ｘｉｎｇ，ＤＷＤＭ）［３］ 中，若要得到波长不同的光需要将多个ＶＣＳＥＬ集成在一起，这样会造成系统不稳定并增加了生产成本。至此，波长可调谐ＶＣＳＥＬ的提法便应运而生。２０世纪９０年代初，美国加州大学伯克利分校的ＣＨＡＮＧ-ＨＡＳＮＡＩＮ研发出了第１个波长可调谐的 ＶＣＳＥＬ，波长调谐范围为１９ｎｍ［４］ 。在近几十年的发展过程中，可调谐ＶＣＳＥＬ的调谐范围大大增加，调谐方式也更为丰富，具体可分为静电调谐、压电调谐、电热调谐和液晶调谐４种调谐方式。国内外主要的研究机构有：中国科学院半导体研究所、长春理工大学、北京工业大学、德国达姆施塔特工业大学、法国布列塔尼欧 万方数据
紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川 2120160620 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理 2.1 介质的非线性极化 激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。
有机电化学合成及其发展方向 摘要 介绍有机电化学合成的原理，研究内容。有机电化学合成与传统合成的优势，介绍中国有机电化学合成的发展以及有机电化学的新进展。有机电化学的高效、经济、无污染性。还有有机电化学合成的若干发展方向。 关键词 有机电化学发展方向绿色化学 Review on organic electrosynthesis and its Development trend Abstract In this paper，the principle and the research method of organic electro- ynthesis---one of the most efficient green technology was discussed. The principle of organic electrosynthesis, applications, and the advantages co- mparing to the tradition organic synthesis were expounded. Introduction to Chinese organic electrosynthesis development and advancement of organic electrochemistry. Organic electrosynthesis of high efficiency, no pollution. There are several development directions of organic electrosynthesis. Key words：organic electrosynthesis；developments of research；Green Chemistry; 引言部分 以电化学方法合成有机化合物称为有机电合成，它是把电子作为试剂，通过电子得失来实现有机化合物合成的一种新技术，这是一门涉及电化学、有机合成及化学工程等学科的交叉学科。由于电化学早已有之，合成技术、化学工程技术和化学材料不断更新，因而，有人称之为“古老的方法，崭新的技术”[1]。 有机电合成是有机合成的一个分支学科，有其独特的优点和优势。有机电合成与一般有机合成相比，有机电合成反应是通过反应物在电极上得失电子实现的，一般无需加入氧化还原试剂，可在常温常压下进行，通过调节电位、电流密度等来控制反应，便于自动控制。这样，简化了反应步骤，减少物耗和副反应的发生。可以说有机电合成完全符合“原子经济性”要求，而传统的合成催化剂和合成“媒介”是很难达到这种要求的。从本质来说，有机电合成很有可能会消除传统有机合成产生环境污染的根源。有机电化学合成也是一种绿色化学，中国走可持续发展战略，在化学合成中有机电合成将会占很大比例。将是未来的合成化学的
转换半导体激光器的波长面临挑战 非线性光学技术是填补激光光谱空白的有效办法，它包括简单的谐波产生和更为复杂的光参量振荡器（OPO）。二极管泵浦钕激光器的倍频使得绿色激光指示器的价格更低、结构紧凑，但是为什么开发人员不放弃激光泵浦，然后直接通过倍频的方式来产生所需的波长呢？ 绿光激光器实现了这一点，MicorVision公司生产的微微投影仪已经进入市场。但是这并不容易。非线性波长转换不仅需要高的激光源功率，激光打标机而且需要高的光束质量和窄线宽发射。https://www.doczj.com/doc/c83043250.html,把这些特性都集中到一台半导体激光器上并不容易。然而随着技术的不断进步，第一款产品已经进入市场，开发人员还在报告着更多令人兴奋的成果，包括新型激光器设计、二极管泵浦OPO、量子级联激光器的谐波和差频的产生。深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机 寻求倍频的二极管激光器 对二级管激光器进行倍频的工作起始于上世纪90年代早期，当时二极管已经达到较高的功率水平，但是波长止于红光。对近红外二极管激光器的输出进行倍频，可以得到可见光谱中的短波输出。激光打标机针对激光显示等应用，还可使用直接调制的短波激光器。 相干公司成功研制出一款名为D3的激光器（直接倍频二极管激光器），该激光器对860nm二极管激光器的100mW输出进行倍频，从而生成10mW的430nm波长的蓝光。它使用分布式布拉格反射激光器用于窄线宽输出，其输出还需要模式匹配并且相位锁定到外腔谐波发生器。这是业界第一款产品，但是由于没有找到合适的应用而最终退出市场。毫无疑问，部分原因是由于当时在日亚化学株式会社的中村修二成功开发出了蓝光氮化铟镓（InGaN）激光器。相干公司最终开发出了光泵表面发射半导体激光器，它可以倍频输出可见光，但是其更像固体激光器而非二极管激光器。 蓝光二极管激光器的成功，在绿光为中心的可见光光谱中留下了空隙。几年后，当消费电子领域寻找一种新技术用于投影电视的时候，这一问题凸显出来。如果可以找到合适的530nm激光源，激光背投电视可以提供比平板显示更好的色域。倍频钕激光器似乎是一个合理的选择，深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机但是由于不能按照所需速率直接对其进行调制，因此开发人员转而寻求倍频1060nm的二极管激光器或其他激光器，以生成530nm的绿光。 随着背投电视逐渐淡出消费电子市场，大多数项目都因此搁浅，但也有一些项目转向了那些用于移动设备的微微投影仪。Portola Valley公司的光学顾问John Nightingale表示，这类应用的成本要远低于电视应用。 康宁公司已经在刚起步的微投影仪市场上有所开拓。去年该公司推出了一款商用版的投影仪，并为MicroVision公司的Showwx投影仪提供激光器，后者用于iPod和笔记本电脑。康宁公司的绿光激光器对分布式布拉格反射（DBR）激光器的1060nm的输出进行倍频，该DBR激光器发射单频单模激光激光打标机。该激光器包括三部分：第一部分是DBR光栅，第二部分是相位调节器，第三部分是增益介质。康宁公司最初报道的结
半导体激光器的研究进展 摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。 一、引言。 激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。 半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。 本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。 二、大功率半导体激光器的发展历程。 1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。在1968—1970 年期间，美国贝尔实验室的Panish，Hayashi 和Sμmski成功研究了AlGaAs /GaAs单异质结激光器，室温阈值电流密度为8.6 × 103 A /cm2，比同质结激光器降低了一个数量级。
有机合成现状及最新发展 唐彬 （吉首大学化学化工学院08化工一班20084064026） 摘要：本文针对有机合成的现状、合成方法和最新发展及应用进行了综述。同时结合各种技术的发展状况及最新进展与突破，对其前景作了简要概述。 关键词：有机合成最新进展波促进生物催化光化学离子液 0引言 在人类多姿多彩的生活中，化学可以说是无处不在的。据统计，在工业发达国家的全部生产中，化学过程的工业占高比例，以美国为例占到35%。有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法的学科[1]。自从1828年合成尿素以来，有机化学的发展是日新月异，其发展速度越来越快，而有机合成则是有机化学的核心，下面就有机合成的方法与应用作一综述： 1绿色有机合成 1.1 高效、无毒的溶剂和助剂 有机溶剂因其对有机物具有良好的溶解性。但有机溶同相合成的剂的较高的挥发性毒性成为有机合成造成污染的主要原因。因此新型绿色反应介质代替有机溶剂成为绿色化学研究的重要方向[2]。目前，水、超临界流体、离子液体、仿酶化学和含氟溶剂作为反应介质的有机合成在不同程度上已取得了一定的进展。用离子液体作有机反应的介质，可获得更高的选择性和反应速率，同时还具有条件温和、环境友好的特点[3]。Vincenzo 等[4]在离子液体中以钯催化烯丙醇的芳基化Heck 反应，可以高选择性地得到芳香族羰基化合物或芳香族共轭醇。Doherty 等[5]在非对称性Diels-Alder 反应中采用离子液体作溶剂，获得了比常规的三氯甲烷溶剂更高的对映选择性和反应速率。 有机合成研究发现，在固态下能够进行的有机反应大多数较溶液中表现出高的反应效率和选择性。无溶剂有机合成具有高选择性、高产率、工艺过程简单和不污染环境、能耗少和无爆炸性等优点。Zhang 等[6]对水介质中1，4-苯醌的芳
半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光
器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD
CO2参与的有机合成方法学研究新进展 本文对二氧化碳参与的有机合成方法学研究（不包括二氧化碳与环氧烷烃的环加成及交替共聚反应、超临界条件下二氧化碳参与的反应）的最新进展进行了总结归纳。具体内容包括合成羧酸，合成羧酸酯及新型金属有机配合物活化二氧化碳及其反应三部分。 一，合成羧酸 二氧化碳与Grignard试剂、有机锂等亲核试剂制备羧酸是经典的有机合成反应。而近几年发展起来的碳碳不饱键化合物与二氧化碳反应，有机锌、有机硼等亲核试剂与二氧化碳的催化转化合成羧酸是二氧化碳参与的有机合成方法学研究的热点[1]。 1，碳碳不饱键化合物与二氧化碳反应 丙烯酸是目前具有广泛用途且需求量巨大的一种重要化工原料。由二氧化碳与乙烯反应直接合成丙烯酸的方法倍受瞩目。从热力学上考虑此反应是完全可行的[2]，但到目前为止仍未开发出有效的催化剂，只是发现少数金属有机配合物能与CO2进行计量反应得到丙烯酸[3]。 一些低价态的金属有机配合物能与CO2及含有不饱和键的化合物反应得到金属杂五元环内酯化合物，这是CO2与含碳碳不饱和键化合物反应合成羧酸的理论基础[4]。 在零价镍配合物存在下，CO2能与炔烃、共轭二烯烃及联烯等在常压条件下反应形成相应的镍杂五元环内酯化合物，经酸化便得到相应的羧酸[5]。体系中加入DBU通常可促进反应的进行。由于镍杂五元环内酯化合物酸化后不能再生
形成零价镍配合物，所以整个反应需要反应当量的零价镍配合物。 在以上反应体系中加入反应当量的烷基锌，使其与镍杂五元环内酯化合物进行金属交换反应，然后通过还原消除便可以实现零价镍配合物的再生，使零价镍配合物参与的的计量反应变成零价镍配合物催化的反应[6]。
半导体激光器的研究 半导体激光器是近年来应用非常广泛的一种激光器。在本实验中我们将对半导体激光器的主要发光器件——激光二极管（LD）进行全面的实验研究。 【实验内容】 1．激光二极管（LD）的伏安特性测量。 2．LD的发光强度与电流的关系曲线测量。 3*．LD发光光谱分布测量。 4*．LD发光偏振特性分析。 【实验仪器】 激光二极管，电压表，电流表，激光功率计，分光计，格兰—泰勒棱镜等
阅读材料 半导体激光器件 按照半导体器件功能的基本结构可分为：注入复合发光，即电—光转换；光引起电动势效应，即光—电变换。这里主要讨论前者。 半导体激光光源是半导体激光器发射的激光。它是以半导体材料作为激光工作物质的一类激光器，亦称激光二极管，英文缩写为LD。与其相对应的非相干发光二极管，英文缩写为LED。它具有工作电压低、体积小、效率高、寿命长、结构简单、价格便宜以及可以高速工作等一系列优点。可采用简单的电流注入方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而有可能与之单片集成；并且还可用高达吉赫(109 Hz)的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，LD在激光通信、光纤通信、光存储、光陀螺、激光打印、光盘录放、测距、制导、引信以及光雷达等方面已经获得了广泛应用，大功率LD 可用于医疗、加工和作为固体激光器的泵浦源等。 半导体激光器自1962年问世以来，发展极为迅速。特别是进入20世纪80年代，借用微电子学制作技术(称为外延技术)，现已大量生产半导体激光器。以半导体LD条和LD堆为代表的高功率半导体激光器品种繁多，应有尽有。 1 概述 1）半导体激光器的分类 从半导体激光器的发射的激光看，可分为半导体结型二极管注入式激光器和垂直腔表面发射半导体激光器两种类型；而从结型看，又可分为同质结和异质结两类；从制造工艺看，又可为一般半导体激光器、分布反馈式半导体激光器和量子阱半导体激光器激光器；另外，为了提高半导体激光器的输出功率，增大有源区，将其做成列阵式，又可分为单元列阵、一维线列阵、二维面阵等。 2）半导体激光器的工作原理 半导体激光器与其它激光器没有原则区别，只是因工作物质不同，而有其自身的特点。图示给出了GaAs激光器的外形及其管芯结构，在激光器的外壳上有一个输出激光的小窗口，激光器的电极供外接电源用，外壳内是激光器管芯，管芯形状有长方形、台面形、电极条形等多种。它的核心部分是PN结。半导体激光器PN结的两个端面是按晶体的天然晶面剖切开的，称为解理面，这两个表面极为光滑，可以直接用作平行反射镜面，构成激光谐振腔。激光可以从某一侧解理面输出，也可由两侧输出。 半导体材料是一种单晶体，各原子最外层的轨道互相重叠，导致半导体能级不再是分
Optoelectronics 光电子, 2017, 7(2), 50-57 Published Online June 2017 in Hans. https://www.doczj.com/doc/c83043250.html,/journal/oe https://https://www.doczj.com/doc/c83043250.html,/10.12677/oe.2017.72008 Research Progress of VCSEL Yang Wang, Bifeng Cui, Tianxiao Fang Key Laboratory of Opto-Electronics Technology, Ministry of Education, Faculty of Information Technology, Beijing University of Technology, Beijing Received: May 20th, 2017; accepted: Jun. 3th, 2017; published: Jun. 8th, 2017 Abstract This paper gives an introduction to the progress of VCSEL mainly including the VCSEL commercial products and performance optimization of research area in recent years based on overall review of recent research reports for the VCSEL and the commercial VCSEL products of major companies. Keywords VCSEL, High Power, Application, Array 垂直腔面发射激光器(VCSEL)的研究进展 王阳，崔碧峰，房天啸 北京工业大学信息学部，省部共建光电子技术教育部重点实验室，北京 收稿日期：2017年5月20日；录用日期：2017年6月3日；发布日期：2017年6月8日 摘要 通过对近几年研究单位报道的VCSEL的研究成果以及目前各大公司的商用VCSEL产品进行分析总结，重点介绍了VCSEL的商用产品以及研究领域其性能优化情况，综述了近几年VCSEL的研究进展。 关键词 VCSEL，大功率，应用，阵列 文章引用:王阳, 崔碧峰, 房天啸. 垂直腔面发射激光器(VCSEL)的研究进展[J]. 光电子,2017, 7(2): 50-57.
紫外激光器研究进展及其 关键技术 Last revision on 21 December 2020
紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm 的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理
有机合成发展及趋势 摘要：总结了有机合成的发展及未来的趋势，特别介绍了绿色合成化学的进展及存在的问题。关键词：有机合成, 发展, 趋势, 绿色合成化学 The development and trend of organic synthesis Abstract: The development and trend in future of organic synthesis are summarized, especially introducing the development and problems of green synthesis chemistry. Key words: Organic Synthesis, Development, Trend, Green Synthesis Chemistry 1828年德国科学家F.维勒利用无机物氰酸铵成功合成出了动物代谢产物尿素，开创了一个新的化学领域—有机合成。有机合成是指利用化学方法将简单的化合物或单质制备成新的有机物的过程。伴随着越来越多的化学工作者的研究，有机合成已经经历了180年的发展历史。 总体而言，有机合成化学的发展可以划分为两个阶段：第二次世界大战前的初创期和第二次世界大战后的辉煌期。 有机合成的第一阶段主要是以煤焦油为原料合成染料及药物等，如霍夫曼（A.W.Hofmann）发现的苯胺紫，费歇尔（Emil Fischer）合成的六碳糖的各种异构体以及嘌呤等杂环化合物，拜耳（A. Von Baeyer）合成的有机染料靛蓝等。越来越多的化合物的合成，为有机合成的辉煌发展奠定了坚实的基础。 从二战结束到二十世纪末，有机合成进入了空前发展的辉煌时期，涌现出了一批杰出的有机合成大师。如喹啉全合成的完成者R.B.Woodward，同时他还合成了生物碱马钱子碱、麦角新碱、利血平；甾体化合物胆甾醇、皮质酮、黄体酮以及羊毛甾醇；抗生素青霉素、四环素、红霉素及维生素B12。E.J.Corey则在总结有机合成规律与合成设计方面做出了巨大贡献，他从合成目标分子出发，根据其结构特征和对合成反应的知识进行逻辑分析，并利用经验和推理设计出适当的合成路线，提出了反合成分析，并运用这种方法合成出了银杏内酯、大环内酯、前列腺素类化合物以及白三烯类化合物。 如今，有机合成已经成为化学领域中最为重要的学科之一，其研究内容遍布材料、能源、环保、生命等各个学科，在社会文明发展与人们日常生活中发挥着极其重要的作用。 上世纪90年代，Seebach “Organic Synthesis-Where now?”的文章论述了当时的有机合成以及发展趋势[1]，他认为从大的反应类型上讲有机合成已经难有新发现，当然新的改
激光快速成型技术研究现状与发展 摘要:快速成型技术是近年来制造技术领域的一次重大突破和革命性的发展,激光快速成型技术是其重要组成部分。本文介绍了激光快速成型技术的基本原理和特点,分析了有关工艺方法,讨论了LRP 技术的研究现状和应用,并展望其未来发展趋势。 关键词:激光快速成型;研究现状;发展趋势 1 激光快速成型技术原理和特点 80 年代后期发展起来的快速成型技术(RapidPrototyping ,RP) 是基于分层技术、堆积成型, 直接根据CAD 模型快速生产样件或零件的先进制造成组技术总称。RP 技术不同于传统的去除成型、拼合成型及受迫成型等加工方法,它是利用材料累加法直接制造塑料、陶瓷、金属及各种复合材料零件[1 ] 。以激光作为加工能源的激光快速成型是快速成型技术的重要组成部分,它集成了CAD 技术、数控技术、激光技术和材料科学等现代科技成果。激光快速成型(Laser Rapid Prototyping ,LRP) 原理是用CAD 生成的三维实体模型,通过分层软件分层,每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束,扫射液体,粉末或薄片材料,加工出要求形状的薄层,逐层累积形成实体模型。快速制造出的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、工程分析、市场订货及企业决策等,缩短新产品开发周期,降低研发成本,提高企业竞争力。以此为基础进一步发展的快速模具工装制造(Quick Tooling) 技术,快速精铸技术(Quick Casting) ,快速金属粉末结技术(Quick Powder Sintering) 等,可实现零件的快速成品。 激光快速成型技术主要特点: (1) 制造速度快、成本低, 节省时间和节约成本,为传统制造方法注入新的活力,而且可实现自由制造(Free Form Fabrication) ,产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关。[2 ] (2) 采用非接触加工的方式,没有传统加工的残余应力问题,没有工具更换和磨损之类的问题,无切割、噪音和振动等,有利于环保。 (3) 可实现快速铸造、快速模具制造,特别适合于新品开发和单件零件生产。 2 LRP 工艺方法 LRP 技术包括很多种工艺方法,其中相对成熟的有立体光固化(SLA) 、选择性激光烧结(SLS) 、分层实体制造(LOM) 、激光熔覆成形(LCF) 、激光近形制造(LENS) 。 (1) 光固化立体造型(SL —Stereolithography ,orSLA) 将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态光敏树脂逐点扫描,被扫描的树脂薄层产生光聚合反应固化形成零件的一个截面, 再敷上一层新的液态树脂进行扫描加工,如此重复直到整个原型制造完毕。这种方法的特点是精度高、表面质量好,能制造形状复杂、特别精细的零件,不足是设备和材料昂贵,制造过程中需要设计支撑。 (2) 分层实体制造(LOM—Laminated ObjectManufacturing) LOM工艺是根据零件分层得到的轮廓信息用激光切割薄材,将所获得的层片通过热压装置和下面已切割层粘合,然后新的一层纸再叠加在上面,依次粘结成三维实体。LOM主要特点是设备和材料价格较低,制件强度较好、精度较高。Helisys 公司研制出多种LOM工艺用的成型材料,可制造用金属薄板制作的成型件,该公司还开发基于陶瓷复合材料的LOM工艺。 (3) 选择性激光烧结(SLS —Se1ected LaserSintering) SLS 的原理是根据CAD 生成的三维实体模型,通过分层软件分层获得二维数据驱动控制激光束,有选择性地对铺好的各种粉末材料进行烧结,加工出要求形状的薄层,逐层累积形成实体模型,最后去掉未烧结的松散的粉未,获得原型制件。SLS的特点是可以采用多种材料适应不同的应用要求,而具有更广阔的发展前景。但能量消耗非常高,成型精度有待进一步提高。DTM
有机合成发展简史Newly compiled on November 23, 2020
有机合成化学发展简史 专业：精细化工 姓名：朱琳
目录 有机合成发展简史 有机合成化学是有机化学的核心组成部分,是人类改造世界,创造美好未来的强有力工具。一个国家有机化学研究水平高低在很大程度上取决于有机合成化学发展状况。有机合成是推动有机学发展的永恒动力。
1．有机合成是有机化学中永不枯竭研究资源 生命科学：生物大分子、生物活性分子、生化分析试剂等； 医药学：药物、药理、病理分析试剂等； 农业：农药、农用化学品等； 石油：石油化工产品等 材料科学：高分子化合物、功能材料等； 食品：食品添加剂等； 日用化工：燃料、涂料、化妆品等。 2．有机合成的发展史 早期的合成化学 （1900年以前）：简单化合物的制备 1824年德国化学家维勒（Wohler）首次从无机物人工合成有机物--尿素。1845年德国化学家Kolbe合成醋酸 1854年法国化学家Bezthelot合成油脂 1890年德国化学家Emil Fisher合成六个碳原子的糖的各种异构体，由于他在糖化学和嘌呤等杂环化合物合成的功绩获得1902年的诺贝尔化学奖。 合成化学的发展 （1900~1960年）：生物活性的化合物被合成
1902年德国化学家Willstatter合成托品酮（1915年获得诺贝尔化学奖） 颠茄酮 1917年英国化学家Robinson 全新、简捷地合成托品酮（Mannich反应） （1947年获诺贝尔化学奖） 1929年德国化学家Hans Fisher 合成血红素（通过对其分解产物的合成并最后加以装配） 美国化学家R．B．Woodward(1917~1979)（1965年获得诺贝尔化学奖）现代有机化学之父 复杂结构的生物碱的合成： 1944年金鸡纳碱的合成， 1954年马钱子碱的合成， 1956年麦角新碱的合成，利血平的合成 甾体化合物的合成： 1951年胆甾醇等的合成 1957年羊毛甾醇的合成 抗生素的合成： 青霉素V、四环素、VB12等 （Woodward与瑞士有机化学家Albert Eschenmoser合作，率领100多位科学家经过12年的努力，终于于1973年完成了VB12的全合 成。）