【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所王立軍院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合吉林大學(xué)鄭傳濤教授團(tuán)隊(duì)，在Optics and Laser Technology上發(fā)表題為“A Multi-Wavelength Complex-coupled DFB Laser Array Based on High-Order Surface Gratings for Gas Sensing Applications”的研究論文。論文通訊作者為梁磊研究員，第一作者為博士生胡淼。
 

　　該研究提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種基于高階表面光柵和周期性電流注入的8通道復(fù)耦合分布式反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器陣列，無需外延再生長或納米級光刻工藝，即可實(shí)現(xiàn)窄線寬、高功率、波長可擴(kuò)展的多波長激光輸出，為近紅外集成多組分氣體傳感提供了低成本、高性能的光源解決方案，在環(huán)境監(jiān)測、集成光子學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
 

　　在多組分痕量氣體吸收光譜檢測中，激光光源需同時(shí)滿足窄線寬、高輸出功率、多波長可調(diào)等要求。傳統(tǒng)多波長DFB激光器陣列常依賴掩埋式布拉格光柵結(jié)構(gòu)，存在工藝復(fù)雜、制造成本高、波長一致性難控制等問題，限制了其在高精度多組分集成氣體檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用。為此，研究團(tuán)隊(duì)提出了“高階表面光柵+周期性電流注入”的復(fù)耦合機(jī)制，通過脊波導(dǎo)表面的高階光柵實(shí)現(xiàn)有效折射率調(diào)制，采用分段式P型電極與SiO2絕緣溝槽實(shí)現(xiàn)周期性增益調(diào)制，二者協(xié)同作用形成復(fù)耦合反饋，既提升了模式選擇性，又簡化了制備流程。
 

8通道復(fù)耦合DFB激光器陣列的結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖
 

　　核心技術(shù)亮點(diǎn)
 

　　創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：無需外延再生長和納米級光刻，通過高階表面光柵與周期性電流注入的復(fù)合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)折射率調(diào)制與增益調(diào)制的協(xié)同作用，構(gòu)建穩(wěn)定的復(fù)耦合DFB機(jī)制。
 

　　空穴濃度(a)–(f)隨刻蝕深度(400–900 nm)變化的曲線及其相應(yīng)擬合函數(shù)。
 

　　卓越性能表現(xiàn)：8通道激光器陣列在25℃連續(xù)波工作下，發(fā)射波長覆蓋1508–1583 nm，各通道均實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定單模輸出，邊模抑制比(SMSR)超45 dB，閾值電流約100 mA；驅(qū)動(dòng)電流700 mA時(shí)，單通道最大輸出功率達(dá)175 mW，線寬2.08–3.51 MHz，兼具高功率與窄線寬優(yōu)勢。通過電流和溫度調(diào)諧，每個(gè)通道可實(shí)現(xiàn)4–5 nm的連續(xù)波長調(diào)節(jié)，以1550 nm通道為例，電流調(diào)諧系數(shù)為0.007 nm/mA，溫度調(diào)諧系數(shù)為0.12 nm/℃，滿足不同氣體吸收線的匹配需求。
 

　　(a) 八通道分布式反饋(DFB)激光器陣列在 25℃連續(xù)波(CW)工作模式下的電壓-電流(V-I)特性與光功率-電流(P-I)特性。(b) 各通道斜率效率隨中心波長的變化關(guān)系。
 

(a) 八通道激光器陣列的中心波長；(b) 八通道激光器陣列的離散發(fā)射光譜。
 

　　(a) 八通道 DFB 激光器陣列的波長隨注入電流的變化關(guān)系；(b) 八通道 DFB 激光器陣列的波長隨溫度的變化關(guān)系。
 

　　應(yīng)用驗(yàn)證成效
 

　　研究團(tuán)隊(duì)通過兩種典型傳感配置驗(yàn)證了激光器陣列的實(shí)用性：
 

　　在乙炔(C?H?)檢測中，基于強(qiáng)度調(diào)制光譜技術(shù)，針對1520.1nm吸收線，最優(yōu)平均時(shí)間46 s時(shí)檢測限低至200 ppm，響應(yīng)時(shí)間僅2.8s，展現(xiàn)出快速檢測能力；
 

　　在二氧化碳(CO?)檢測中，采用腔增強(qiáng)吸收光譜(CEAS)配置，針對1577.4nm吸收線，最優(yōu)平均時(shí)間67.6s時(shí)檢測限達(dá)7.75ppm，0.4s快速檢測模式下檢測限為134.9ppm，兼顧了檢測靈敏度與響應(yīng)速度。
 

　　該激光器陣列通過簡化工藝降低了制造成本，同時(shí)以寬波長覆蓋、高功率、窄線寬的綜合性能，為多組分氣體傳感提供了一體化光源解決方案。未來團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步推進(jìn)器件的片上集成，優(yōu)化通道擴(kuò)展與熱管理方案，助力緊湊型光譜傳感模塊的開發(fā)，推動(dòng)其在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域的規(guī)�；瘧�(yīng)用。
引用：長春光機(jī)所提出并驗(yàn)證一種復(fù)耦合多波長激光器陣列：近紅外氣體傳感的新型集成光源技術(shù) 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 【引用時(shí)間：2026年05月06日】