通快受邀在最新一期的《IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics》上发表了一篇关于“1130 nm VCSEL阵列的性能和可扩展性”的论文。本文对采用工业III-V族半导体制造工艺生产的1130 nm VCSEL器件进行了深入评估，重点关注了光电性能和器件寿命。与940 nm激光器相比，1130 nm激光器在达到人眼安全极限之前，可以实现更高的光功率。与铟含量较低的材料相比，长波长材料系统中铟含量较高，可以使器件寿命变得更长。
SWIR VCSEL在生物医学领域，尤其是在传感和神经刺激领域前景广阔。它们光谱宽度窄且功耗低，具有精准的靶向性和低电流等特点，可应用于人工耳蜗和神经假体。它们能够在单个芯片上形成密集的二维阵列，支持多通道和紧凑型植入体。这些特性表明，1130 nm波长范围在推动生物医学诊断与治疗领域的发展中具有重要意义和潜在价值。
01.
1130 nm VCSEL的
LIV性能
为了展示具有亚波长光栅的单模和多模器件的光电性能，研究人员选择了两种不同光学孔径的芯片(5 μm 和 8 μm)为代表性示例：
图1：(a)孔径5 μm 和 (b)孔径8 μm的1130 nm VCSEL，随温度变化下的LIV曲线
在-20°C至70°C的温度范围内，阈值低于1 mA，电压低于3 V。由于较小的孔径尺寸，5 μm的VCSEL相比8 μm的VCSEL具有更低的阈值电流和更高的电压。此外，孔径5 μm的VCSEL在较低电流下以单模方式发射激光。高阶模式的出现(由LI曲线中的凸起表示)在较高温度下尤为明显；例如：在50°C 时，多模性能出现在7.5 mA左右的时候。
02.
1130 nm VCSEL的
偏振稳定性
除了比较不同孔径的VCSEL外，研究人员还对比了具备亚波长光栅偏振稳定的VCSEL和不具备光栅结构的VCSEL：
图2：孔径5 μm 和 8 μm的VCSEL，在5 mA情况下，比较了具备和不具备亚波长光栅偏振稳定器件的偏振消光比(PER)
经过精心设计的光栅结构VCSEL可以沿特定轴发射偏振光，从而确保偏振态的单一性。与不具备偏振稳定的器件相比，具有稳定光栅的器件可以有效地将偏振消光比保持在-15 dB以下，并且不会影响其性能。
03.
1130 nm VCSEL的
器件寿命
关于偏振稳定的1130 nm VCSEL器件寿命，研究人员在两种不同的温度下(100°C和115°C)做了磨损测试：
图3：在100°C 和 115°C，80 mA应力条件下，具有10个发射器的6 μm孔径器件在整个使用寿命期间的光电参数(电压、阈值电流(Ith)和激光斜效率(LSE))，产生了~28kA/cm2的电流密度。
在100℃和115℃，80 mA应力条件下，除了温度波动引起的噪声外，数据保持不变，没有显示出退化的迹象。这些结果表明：在磨损测试中器件的性能稳定，展现出1130 nm VCSEL在先进传感和数据传输应用中的可行性，为其集成到广泛的工业和生物医学技术中铺平了道路。
