旭化成微电子携手京都大学实现2μm波段红外PCSEL激光振荡
旭化成微电子株式会社（总部位于东京都千代田区，董事长总经理为篠宫秀行，以下简称“旭化成微电子”）与京都大学高等研究院特聘教授野田进团队联合宣布，成功在2μm波段实现了光子晶体激光器（PCSEL）的激光振荡。这项基于PCSEL结构的技术，展现出高指向性、窄带宽等关键优势，为红外光源在更广泛领域的应用打下了基础。
PCSEL是一种新型半导体激光器，融合了小型化、高亮度、高输出以及多功能等特性，被视为未来光学传感领域的重要技术方向。此次研究旨在拓展2μm波段激光的应用边界，特别是在生物体内无创检测和癌症风险评估等前沿领域。
旭化成微电子自1980年以来持续进行霍尔元件的量产，长期深耕化合物半导体技术，已成为该领域的领先企业。公司凭借MBE（分子束外延）薄膜制备技术，开发了涵盖磁传感、气体传感、生物传感等多种类型的传感器产品，并推出红外LED等光源解决方案。
尽管红外LED在一些场景中表现出良好的性能，但在亮度和波长控制方面仍存在局限。近年来，随着对高亮度和窄带宽光源需求的上升，特别是在生物体内物质检测和呼气成分分析等应用中，具备量产潜力的小型红外激光器成为研究热点。
由京都大学野田进教授提出的PCSEL技术，利用光子晶体对光的调控能力，能够在维持小型化的同时实现更高的指向性、更窄的光谱带宽以及更高的亮度。通过与旭化成微电子的技术合作，双方持续优化光源结构，最终实现了2μm波段红外PCSEL的稳定激光振荡。
实验数据显示，该激光器在2μm波段展现出优异的指向性和窄带宽特性（见图2）。通过设计不同光子晶体结构，还可实现包括单峰光束分布在内的多种光束模式。未来，随着光子晶体结构的进一步优化，激光器的性能有望得到进一步提升。
图2：2μm波段红外PCSEL的激光振荡特性
(a) 发光光谱 (b) 光束模式
潜在应用方向
在医疗健康领域，2μm波段的红外PCSEL有望成为可穿戴设备中的关键传感光源，通过无创方式检测体液成分，或借助呼气气体中挥发性有机物（VOCs）和丙酮浓度的变化，实现个体健康状态的实时监测。
在环境监测方面，2μm波段与CO₂、CH₄等温室气体的吸收谱线高度吻合。结合PCSEL的窄带宽和高指向性，有望在痕量气体的高灵敏度检测中发挥重要作用。
此外，该波段的红外光在LiDAR和光通信系统中亦具有显著优势，尤其在人眼安全方面表现突出。结合PCSEL的高性能特征，有望推动下一代高精度LiDAR系统和高速通信技术的发展。
研发与产业化展望
基于此次技术突破，旭化成微电子计划加快2μm波段PCSEL的开发步伐，重点围绕光子晶体结构的创新设计和光源性能优化，进一步提升其在亮度、带宽和指向性方面的表现。
同时，公司也将开展相关量产技术的验证工作，推动该技术在健康监测、环境传感、通信及LiDAR等领域的实际应用。通过持续的技术迭代和产业转化，旭化成微电子希望为新一代光学传感系统的发展做出积极贡献。
该研究成果已在2026年3月于应用物理学会上正式发表。
稿源：美通社
