1．2．4 可编程逻辑器件的应用

随着可编程器件的高速发展，由于其具有集成度高、灵活性大的特点，且触发脉冲具有上升沿快、频率高和脉宽窄且连续可调等优良性能，使得半导体脉冲激光器更具发展潜力。可编程逻辑器件的应用，有效解决了功耗高的问题。部分可编程逻辑器件应用于半导体脉冲激光器的发展现状如表 1 所示。

1．2．5 器件选型和布局创新

随着光电子器件的飞速发展，对芯片集成度的要求愈来愈高，高性能的器件与布局的创新成为半导体激光器驱动源特性提升的重要技术手段。

2010 年，天津津航技术物理研究所的王金花等人［39］通过提高电源电压、PCB 合理布局布线、 元器件合理选择以及开发激光器组件等方法，有效提升了激光发射的光脉冲前沿速度，得到了脉宽小于 5 ns、脉冲前沿小于 2 ns 和输出功率大于 100 W 的大功率窄脉冲，在激光引信应用中提高了其测距精度与抗云雾干扰能力。

2013 年，中国工程物理研究院的王卫等人［40］为了稳定驱动砷化镓光导开关，通过分析 MOSFET 的导通特 性，采 用 合 理 的 高 速 MOSFET 设 计 了 大 功 率 半 导体 激 光 器 窄 脉 冲 驱 动 电 路，为 激 光 器 提 供 了 脉 宽 为15 ns、 抖动均方根小于 200 ps 和输出功率可达 75 W的脉冲电流。若通过改进脉冲发生电路，得到优质的初始触发脉冲，激光器能输出脉宽更小的光脉冲。同 年，林肯实验室的 SIRIANI D F 等人［41］研制了瓦特级、纳秒脉冲半导体激光器与集成驱动器，将激光器和低电 感 电 容 器 阵 列（LICA）直 接 焊 接 到 定 制 的 5 mm×5 mm 的 BiCMOS 驱动器芯片上，其激光驱动器配置如图 6 所示。在 5 ns 的窗口中向平板耦合光波导激光器（SCOWL）提供大约为 10 A 的电流，从而产生大于1 W 的 高 功 率 光 脉 冲 。通 过 光 纤 布 喇 格 光 栅 保 持SCOWL 的稳定，从而实现窄的光谱线宽发射，同时对激光器施加预偏置，达到了抑制法布里－珀罗（F－P）模式激射的目的，并在窄光谱带宽内产生矩形光脉冲。

2015 年，北京交通大学光信息科学与技术研究所的李永亮等人［42］以 iC－HG 为驱动芯片设计了脉冲为980 nm 激光器的高性能驱动电路，该电路使激光器既能 输 出 连 续 光 也 能 输 出 脉 冲 光，脉 宽 最 小 为 10 ns，直 流 光 功 率 可 达 180 mW，脉 冲 峰 值 输 出 功 率 可 达160 mW，脉宽和激光功率实现了连续可调。

2020 年，中国电子科技集团公司第十三研究所的张厚博等人［5］研制了一种 16 线集成半导体窄脉冲激光器模块， 该模块主要由高密度排列的激光器芯片、集成驱动电路和光电混合集成封装结构组成。其中，窄脉冲驱动电路采用新型的 GaN 功率器件。与传统的MOSFET 相比，该器件开关损耗、结电容等寄生参数较小，具有更快的开关速度。由于激光器芯片的高密度排列、集成封装和高精度贴片工艺的使用，极大程度地减小了模块的体积，实现了 16 线单独控制，得到脉宽为 6 ns、高功率为 70 W、功耗低至 4 W 的高性能模块。16 线模块整体结构图与光脉冲波形如图 7 所示。该模块可朝着更多线束、更窄脉宽和更高功率的方向发展。

2 结束语

综上所述，半导体脉冲激光器主要通过优化激光器结构、材料和加工工艺及改进驱动电源特性的 2 种方式实现性能提升。本文主要对这 2 种方式的半导体脉冲激光器发展情况进行总结与分析，着重介绍了提升驱动电源特性 的 5 种方法。目 前，脉冲宽度 在 5～10 ns 的技术相对成熟，ps 级脉宽已成为该领域的必然发展趋势。但是，激光器在追求大功率的同时往往存在功耗高的问题，仍需进一步研究和解决。随着数字化与半导体光电子技术的发展，各领域对半导体脉冲激光器需求愈来愈大，因此研究大功率、窄脉冲、低功耗和小型化半导体脉冲激光器具有重大意义。