在半导体激光技术的前沿探索中，一项关键突破近日由美国伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校格兰杰工程学院的研究团队达成 —— 他们首次实现了嵌入式电介质光子晶体表面发射激光器（PCSEL）在室温下的光泵浦激射，且激光波长处于人眼安全范围。这项研究成果发表在《IEEE 光子学杂志》（IEEE Photonics Journal）上，它不仅改进了现有激光器的设计，更为国防及民用领域的技术应用开辟了新途径。

几十年来，肯特·肖奎特（Kent Choquette）教授的实验室一直致力于研究垂直腔面发射激光器（VCSEL）。这种垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为表面发射激光技术的成熟代表，早已融入日常生活，从智能手机的面部识别到激光打印机的精准成像，其应用无处不在。但在2020 年初，肖奎特实验室对日本研究团队提出的一种新型激光器——光子晶体表面发射激光器（PCSEL）产生了浓厚兴趣。

光子晶体表面发射激光器（PCSEL）凭借高亮度、窄圆形光斑等独特优势，迅速成为半导体激光领域的 “潜力新星”。这类激光器在激光雷达（LiDAR）中展现出核心价值，可支撑战场测绘、精准导航、目标跟踪等国防关键技术，因此在空军研究实验室的专项资助下，肯特?肖奎特教授团队投身这一前沿领域，致力于推动技术从实验室走向实用。

（a）空气孔隙 PCSEL 结构的侧视图草图；以及（b）嵌入式电介质 PCSEL 结构（未按比例绘制）。

“PCSEL 的未来应用空间极大，但目前还未达到工业级成熟度，我们希望成为推动其发展的力量?！?论文第一作者、电气与计算机工程专业研究生艾琳?拉斐蒂（Erin Raftery）说道。传统 PCSEL 的制造常采用空气孔结构，然而在半导体材料再生长过程中，原子易发生重排并填充这些空气孔，从而损害光子晶体结构的完整性与均匀性 —— 这一技术瓶颈长期制约着 PCSEL 性能的提升。

为攻克这一难题，研究团队创新提出 “以固态代空穴” 的解决方案：用二氧化硅（SiO?）等固态电介质材料替代传统空气孔，嵌入半导体再生长层作为光子晶体层的核心组成。这一设计从根源上避免了再生长过程中的结构变形，成功构建出全球首个具有嵌入式电介质结构的 PCSEL 概念验证模型，为光子晶体的稳定性提供了坚实保障。

嵌入式电介质 PCSEL 层结构采用具有折射率分布和模拟重叠基模的商业 15xx 纳米外延。

“第一次尝试介质层再生时，我们心里都没底?！?拉斐蒂回忆起技术攻关的过程，“半导体生长最讲究‘纯净’，需要从基底层开始保持完整的晶体结构，而二氧化硅作为非晶材料，要在其周围实现高质量生长，难度超乎想象。但实验中，我们真的做到了在介质材料周围实现侧向生长，并且在顶部完美融合?！?这种跨材料生长的技术突破，让PCSEL的结构优化从理论走向现实。

半导体生长的核心要求是晶体结构的连续性与纯净性，而二氧化硅的非晶特性本与这一要求 “相悖”。团队通过精准调控生长参数，实现了半导体材料在非晶介质周围的定向外延生长，最终在顶部形成完整的晶体层 —— 这一过程如同在 “异质基底” 上搭建 “晶体桥梁”，彰显了材料工程与半导体工艺的深度融合。

475.2nm晶格常数器件的(a)非偏振、(b)垂直偏振和(c)水平偏振远场分布。(d)456nm器件的非偏振远场分布。所有远场均以斜投影到屏幕上，泵浦功率密度为14.2kW/cm2 ，泵浦脉冲宽度为300ns，占空比为0.3%。

业内专家预测，未来 20 年内，这些新型改进的激光器有望在自动驾驶激光雷达、高精度激光切割、工业焊接及自由空间光通信等领域实现规?；τ?。目前，研究团队已将目光投向下一步目标：优化设备设计，制造带有电气接点的 PCSEL，使其可直接连接电源供电，推动技术向实用化再迈一步。

“这项成果的取得，离不开艾琳（Erin）与 Minjoo Larry Lee 课题组的专业协作，更依托于赖特 - 帕特森空军基地空军研究实验室的先进设施支持。” 肖奎特（Choquette）教授强调，“我们正全力推进二极管泵浦PCSEL的运行验证，这将是技术成熟的关键一步?！?/span>

此次突破不仅解决了PCSEL制造中的核心结构难题，更通过嵌入式电介质设计为半导体激光的结构创新提供了全新范式。随着技术的持续迭代，PCSEL有望在高功率、高光束质量激光应用中占据核心地位，为光电子技术的发展注入强劲动力。

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  MALD-38435 四个28GBaud PAM4/NRZ VCSEL驱动器

  型号：

  厂家：Macom

  概述：MALD-38435是一款四通道28Gbaud PAM4/NRZ线性VCSEL驱动器，设计用于调制光?？榇渎肪吨械腣CSEL。输出以250μm为中心，与标准光学接口兼容。该器件提供双线式串行接口，允许对偏置和调制电流进行数字可编程控制。MALD-38435采用3 mm X 2 mm芯片，以华夫饼包装或晶圆形式提供。该器件是MAOM-38051/MAOM-38053四通道28Gbaud PAM4/NRZ CDR的配套产品，具有自适应均衡器和眼图整形功能，可实现完整的发射路径。

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