半导体激光器是一种利用半导体材料制作的激光器。相对于其他激光器，半导体激光器具有小尺寸、低成本、低功耗、高效率、易于集成和调制等优点，可广泛应用于通信、医疗、测量、材料加工、光储存等领域。

近日，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员发现简单修改半导体激光器的形状可以提高光束的质量，使其更适用于照明和全息术。该项研究已发表在Optica杂志上。

半导体技术允许将激光器的所有元件装入一个微米级的设备中，并且其中的光放大区域中，每侧都有一个高反射镜。垂直腔面发射激光器（VCSEL）就是这样一种设备。这些装置通过在基底上精确地放置或生长交替的半导体层来创造一个高反射的叠层，然后在上面生长活性材料，接着是第二个反射叠层。而后，激光可以从该设备的顶部发射出来。

• VCSEL的形状与光束的质量

光束质量可以理解为光束聚焦度的好坏，也是衡量光束是否“好用”的重要因素。更准确地说，光束质量通常是用光束横截面上的亮度分布和光束传输中心的位置、角度等参数来描述的。通常而言，光束质量越高，表示光束在传输中的损耗越小，聚焦效果越好。

VCSELs的优势在于可以在同一衬底上同时创建和使用数百个光束，但是光束容易出现斑点状的轮廓，这使得它不适用于照明、全息、投影和显示等领域。

这些散斑源自高度有序的光腔，它只允许发射少量的模式或光束轨迹。研究员Omar Alkhazragi解释说：“VCSELs利用有序的腔体，只允许光在少数模式下产生共振，效率特别高。这些模式中的光子相互干扰，导致了散斑和低照明质量。”

而该项研究只需改变器件的形状来打破腔体的对称性，就可以减少来自VCSELs的激光散斑。Alkhazragi团队研究了具有D形腔的VCSELs，并将其与具有标准圆柱形或O形几何形状的VCSELs进行比较。结果显示，D形器件显著降低了相干性，并相应地最大可增加60%的光功率。

Alkhazragi表示：“机器学习可以帮助设计进一步最大化模式数量的空腔，降低相干性，从而将散斑密度降低到人类感知以下的程度。”

本文由光电汇根据phys.org内容编译，如需转载请注明

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