基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的气体传感器在煤矿安全监测中发挥了重要作用，其通过测量甲烷（CH₄）在1.65 μm和3.3 μm波段的吸收峰实现高灵敏度检测。然而，传统中红外激光器因需

电气与计算机工程教授Kent Choquette领导的实验室数十年如一日致力于研究VCSELs（垂直腔面发射激光器），这种表面发射激光器广泛应用于智能手机、激光打印机、条形码扫描仪乃至车载设备。2020年初，该实验室开始关注日本科研团队推出的突破性成果——一种名为光子晶体表面发射激光器（PCSELs）的新型激光技术。

PCSELs作为半导体激光器的新兴领域，利用光子晶体层产生具备高亮度、窄圆光斑等优异特性的激光束。此类激光器在国防领域具有重要应用价值，例如应用于战场测绘、导航和目标追踪的激光雷达（LiDAR）遥感技术。在美国空军研究实验室资助下，Choquette团队着手研究这项新技术，致力于在该快速发展的领域实现自主突破。

"我们坚信PCSELs未来将发挥至关重要的作用，"论文第一作者、电气与计算机工程专业研究生Erin Raftery表示，"虽然目前尚未达到产业成熟度，但我们希望为此贡献力量。"

传统PCSELs制造采用气孔结构，当半导体材料在周边再生长时这些气孔会被嵌入器件内部。然而半导体原子倾向于重新排列并填补空隙，导致光子晶体结构的完整性和均匀性受损。伊利诺伊大学格兰杰工程学院的研究团队创新性地采用固态介电材料替代气孔，成功防止光子晶体在再生长过程中变形。通过在半导体再生长层中嵌入二氧化硅作为光子晶体层的组成部分，研究人员首次实现了具有嵌入式介电特征PCSEL的概念验证。

"首次尝试介电材料再生长时，我们甚至不确定其可行性，"Raftery回忆道，"理想的半导体生长要求在基底层上始终保持纯净的晶体结构，这对非晶态材料如二氧化硅极具挑战。但我们成功实现了介电材料的横向生长并完成顶部融合。"

业内预测未来20年这将改进型激光器将应用于自动驾驶车辆、激光切割、焊接及自由空间通信领域。伊利诺伊大学的研究团队将进一步完善现有设计，通过添加电极触点实现激光器与电流源的直接连接。

"Erin的研究专长、Minjoo Larry Lee团队的协同合作，以及莱特-帕特森空军基地实验室的先进设施，共同促成了这一成果的实现，"Choquette教授表示，"我们热切期待二极管型PCSEL的实用化突破。"

Kent Choquette现任伊利诺伊大学格兰杰工程学院电气与计算机工程系教授，兼任Holonyak微纳技术实验室研究员，持有Abel Bliss工程讲席教授职位。

Minjoo Larry Lee现任伊利诺伊大学格兰杰工程学院电气与计算机工程系教授，担任Holonyak微纳技术实验室主任，并获授英特尔校友特聘教席。