垂直腔面發射激光器（VCSEL）憑借其低閾值、圓形光斑、單縱模、低溫漂系數、高可靠性及易于二維集成的優點，廣泛應用于泵浦源、消費電子、3D傳感、醫療美容等多個領域。然而，傳統VCSEL在輸出功率方面存在一定的局限，為提高功率，通常采用增大氧化孔徑、多結結構以及擴大陣列規模等方法。這些手段雖然能夠增加輸出功率，但卻導致發散角增大和橫模變為高階模等問題，進而使光束質量（Beam Parameter Product，BPP）下降，最終導致亮度急劇降低。因此，高功率與高光束質量之間的制約，成為了VCSEL技術發展的核心難題之一，也極大地限制了其在激光雷達、空間光通信等需要高亮度光源的遠程探測與照明系統中的應用。

為解決這一瓶頸，中國科學院半導體研究所固態光電信息技術實驗室鄭婉華院士團隊聯合中國科學院大學等單位，創新性地提出二維固態激光陣列（SSLA）解決方案。該技術通過將大尺寸高功率VCSEL陣列與薄型Nd:YVO₄激光晶體直接集成，構建出緊湊型二維面陣激光器結構，在實現功率等比擴展的同時能顯著提升光束質量。實驗數據顯示，這款3×3 mm² 的SSLA陣列在1 μm中心波長下，單脈沖能量達4.7 mJ，光光轉換效率52%，面光源亮度高達1.27 kW·cm^-2·sr^-1，較傳統VCSEL陣列提升近三個數量級。其創新性體現在：①各發光單元保持M²<1.5的優異光束質量；②繼承VCSEL陣列的固有激光發射陣列模式；③突破功率擴展與光束退化的傳統矛盾。這種“高功率-高亮度-高集成"三位一體的技術突破，為遠程探測系統提供了輕量化的高亮度光源解決方案。此外，這項二維固態激光陣列技術的突破，不僅為傳統應用領域的進一步發展開辟了新的可能，也為高速數據傳輸、三維成像、精密測距等新興領域的應用奠定了技術基礎。在未來，隨著技術的不斷成熟，面陣激光源的可芯片化設計將成為激光技術發展的重要方向，推動激光技術向更高效、更緊湊的未來邁進。

該研究成果以“Scaled-up 2D Solid-State Laser Array”為題，發表于Optics Letters（《光學快報》），并被選為Editor's pick（“編輯精選”）。半導體所博士生張妮慧和國科大單珍嬌為論文共同第一作者，渠紅偉研究員、周旭彥副研究員和齊愛誼副研究員做出了重要貢獻。該工作得到了鄭婉華院士的悉心指導和國家重點研發計劃項目的支持。

圖1 二維固體激光陣列圖片

 圖2 二維固體激光陣列近場光束圖像

圖3 單點陣激光源光束質量測試結果

論文鏈接：

inktype="text" imgurl="" tab="outerlink" data-linktype="2">https://doi.org/10.1364/OL.554966

（來源：中國科學院半導體研究所）