本研究团队研制的1.3μm大功率相干耦合光子晶体面发射激光器（PCSEL）是一种新型的半导体激光器，通过创新设计二维光子晶体结构和高效耦合机制，构建了特殊能带结构，可实现光在平面内的大面积相干谐振，通过一阶布拉格衍射机制，确保光在垂直方向上的高效输出，同时结合复合腔体的优化布局，有效增强了光子的谐振与耦合效应。相比于传统的半导体激光器，PCSEL激光器突破了传统边/面发射激光器面临的光束发散大和输出稳定性不足的问题，具有高亮度、低阈值、纯光谱、高边模抑制比等显著优势，同时PCSEL还可以扩展至1.5μm波段，有效解决下一代光纤通信系统对高功率、低发散角和长寿命光源的难题，充分满足大数据中心之间的光互联和中心主干网等中短程高传输容量的广泛需求。

与固体激光器和光纤激光器相比，半导体激光器具有成本低、体积小、易于集成、转换效率高等优点。对于传统的半导体激光器，边发射激光器存在发散角大、光束椭圆、与外接装置连接较难等缺点。对慢轴和快轴需要进行相应的光学准直，这将显著地增加成本。在通信波段，边发射激光器还易产生啁啾现象。虽然垂直腔面发射激光器可以发射圆形对称光束，但他会产生高功率发射的高阶模式，发散角的大小也不够理想，同时其在通信波段的输出功率不足。光子晶体面发射激光器的出现，既可以解决边发射激光器的椭圆形光斑，而且其圆形光斑的发散角可以达到1°以下。也可以解决垂直腔面发射激光器在高功率下的易引发的高阶模式，在保持输出功率的前提下仍能维持单模激射。由于光子晶体本身具有的光子带隙进一步精确了衍射波长，抑制了高阶模的产生，出射光束的发散角得以进一步减小，可以达到零点几度，实现高光束质量的出射。同时可以牺牲一部分发散角的大小，来得到更大面积的单管PCSEL，显著提高其输出功率。在低空经济领域，本项目可广泛应用于飞行器零部件，对红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用。

与传统的半导体激光器相比，PCSEL具有发散角小、大面积相干、高功率、高光束质量、2D光束转向、易于二维集成等独特的优点，凭借这些优点，PCSEL在多个领域应用广泛，例如激光医疗、激光武器、激光雷达、激光显示等，并且在智能移动及智能制造上有很大的应用潜力。PCSEL技术还能为移动消费电子、生物识别和传感应用带来关键的新功能。对于光学数据传输等激光通信方面的应用，输出功率需要非常高的调制速度（不使用外部光调制器时）。VCSEL在这方面相当强大，只要使用具有稳定单模输出的小型器件，就可以提供数十千兆赫兹的调制频率。但PCSEL还可以通过以相对较小的有效面积直径实现PCSEL来针对非常高的调制频率进行优化，通过优化模式限制以实现足够高的增益，有利于实现调制带宽为数十千兆赫兹的PCSEL。其次，当PCSEL用于激光雷达时，与传统的激光器相比，PCSEL的优点之一是其优越的光束质量，允许使用机械旋转镜。同时，也可以利用控制电极的方式，在二维方向上实现光束扫描，在可靠性、稳定性和紧凑性方面取得飞跃。在激光加工方面，我们通常采用CO2激光器或光纤激光器进行激光加工。激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的，因此需要特别大的功率。传统的激光器由于体积过大，光束发散角较大，精确度不足且占地面积较大，PCSEL可以在缩小器件体积的基础下出射高功率，同时光束质量高，可以进行精细化作业。

团队负责人是王智勇研究员、博士生导师，长期致力于大功率半导体激光关键器件制备与集成技术、化合物半导体光电子及微电子芯片技术的研究与开发等。作为项目负责人承担军委科技委“973计划”重点领域基金、军委科技委173重点技术领域基金、重大仪器专项、JG型号研制项目等多项国家/省部级重点项目。目前研究所发表文章240篇，其中，SCI共70余篇；申请专利260余项，其中，发明专利占2/3，已转让专利80余项，获得北京市科技进步二等奖和三等奖各一项，国防科技进步二等奖和三等奖各一项。

本项目负责人是兰天副研究员、硕士研究生导师，本科（2012）、硕士（2015）毕业于北京理工大学，2019年博士毕业于北京工业大学，获光学工程博士学位。2021年7月从北京工业大学物理学博士后出站，并留校任教。研究方向为：高功率高光束质量半导体激光技术、激光光场相干调控技术、新型光子晶体激光技术、新型半导体激光材料等。作为项目负责人主持承担173计划领域基金、装发快速支持基金、北京市博士后基金以及企事业委托等项目。目前以第一/通讯作者在Optics and Laser Technology、Optics Expres

1.3μm大功率相干耦合光子晶体面发射激光器（PCSELs）是长距离、高速数据传输的理想光源。随着5G网络扩展、数据中心升级和高速宽带需求激增，该技术将在骨干网、接入网和数据中心互连等领域广泛应用，预计带动光通信市场规模持续扩大，推动国内光通信产业链升级，形成新的经济增长点。此外在硅光集成、精密制造、尖端医疗设备以及军事国防等领域同样具有广泛的应用前景。

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