- 文献综述（或调研报告）：
1.国内外与本课题相关工作现状与发展水平：
对于不同的激光器在低温下的工作特性或失效分析，以及某些激光器在低温下表现出的一些特殊现象，国内外研究人员做了不同程度的研究。
在[1]中，国内外学者联合探究了低温下中红外量子级联激光器的低频波动。量子级联激光器是基于子带间跃迁的单极半导体激光源，在20世纪70年代初首次被构想出来，并在1994年被证明是在室温下工作的强大、可调和通用的中红外光源[5]。从中红外到太赫兹波段的宽范围可实现波长为多种应用铺平了道路，如国防目的的光学对抗、百万分之一以下的粒子探测、抗干扰自由空间通信和激光雷达遥感[6]，都要求稳定的单模工作，具有窄线宽、高输出功率和高调制带宽。[1]中的研究证明了在外部光反馈下工作的中红外量子级联激光器可以通过接近77 K的低频波动输出混沌现象，结果还表明混沌现象的诞生并不局限于近阈值泵浦水平。此外，当半导体材料从室温冷却到77 K时，发现激光不稳定发生在较低的反馈比下，证明量子级联激光器对温度敏感，这可能是由于较高态寿命的变化。这些研究对于量子级联激光器在安全大气传输线和光学对抗系统中的混沌运行具有重要意义。
在[2]中，国外的学者进行了低温对连续波垂直腔面发射激光器性能的影响的研究。垂直界面发射半导体激光器的高功率操作的进展已经导致空间多模、连续波输出功率为106W，高功率工作的限制因素是热量从有源区中提取的速率。有研究表明，通过将液氮浴直接连接到散热器上，可以耗散超过300瓦的废热。以这种方式冷却的垂直腔面发射激光器达到72W的最大输出功率，散热器温度设置为-25℃。在[3]的研究中，Chernikov等发现，任何低于-25℃的进一步温度下降都会对面发射结构造成损害，这是由差分热收缩中的严重机械应力引起的。[2]利用液氮冷却的铜冷指低温恒温器将整个垂直腔面发射激光器器件容纳在真空空间中，观察激光器的特性变化，并且使用氦流低温恒温器来显示，与293 K下的操作相比，保持在20 K下并以恒定泵点尺寸泵送的未处理增益芯片在两倍入射泵功率下呈现翻转，并且能够克服0.7 %输出耦合器和低温恒温器窗口的损耗以进行激光。这表明低温冷却是获得更高增益和有用热管理技术的途径。这种增强的激光性能将推动抗热收缩的加工增益芯片的发展。
在[4]中，国内学者研究了垂直腔面发射激光器低温光电特性，研究人员指出，目前为止，较大温度变化范围和低温环境下激光器的光电特性的研究报道很少。在低温环境中, 低温可降低器件发热造成的损伤,提高器件性能.VCSEL自实现产品化以来,常温下应用是其主要目标,在低温下的研究和应用很少,而这并不意味 VCSEL激光器的应用只能在室温环境。随着低温技术的发展和低温环境下应用需求的增长,人们对低温信息互联的需求也在增加。在低温领域,VCSEL作为光互连高速光源也将有重要的应用前景。在研究中，研究人员表征了在不同温度下直流驱动垂直腔面发射激光器的发光光谱和10%占空比脉冲电流驱动垂直腔面发射激光器的发光光谱和功率-电流-电压曲线。通过测试激光器在室温和10K温度下性能的变化,证明了现有的垂直腔面发射激光器在低温下仍能工作,激光器在10K低温环境下仍可以作为光互连的光源使用,这一特点使得该激光器的应用范围可拓展至低温领域, 预示着垂直腔面发射激光器在低温光互连系统中具有应用价值。
在[7]中，国内学者进行了高功率半导体激光器低温特性分析。研究人员指出，半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、寿命长、可靠性高等特点，作为直接光源或者泵浦光源，不但在激光加工、激光医疗、激光显示等民用领域具有广泛应用前景，而且在空间光通讯、大气探测、制导跟踪、引信、对抗和目标识别等领域也获得重要应用［8］。日益增长的应用需求，驱动着半导体激光器向更高输出功率、更高电光转换效率、更高可靠性的方向发展[9-10]。温度对半导体激光器的光电性能有着重要影响[11-12]，对于975nm半导体激光器和808nm半导体激光器等，国内外学者研究表明，在-50℃或-40℃等的低温条件下，激光器的输出功率和光电转换效率等有不同程度的提升。现有研究均是通过将半导体激光器置于高低温恒温箱内或采用液体宏通道方式（通道直径大于1mm）获得低温环境．将半导体激光器放入高低温恒温箱内实现器件低温工作环境时，半导体激光器与恒温室空气发生对流换热，一般而言气体的对流换热系数要小于液体，因而器件热阻较大；采用液体宏通道方式的散热效率也并不高，器件热阻也比较大．因此，现有研究中半导体激光器只能在较低占空比或者较低输出功率下工作。[7]指出，相比于前者，采用液体微通道冷却方式的散热能力更强，器件热阻更低，因而器件可以在较高占空比准连续以及连续状态下长时间稳定地工作，具有实际应用价值。研究人员建立了微通道封装结构半导体激光器巴条的有限元模型，采用计算流体力学及数值传热学方法，对比了三种载冷液体的散热性能，选用无水乙醇作为载冷剂，研制出了一套微通道封装结构半导体激光器低温测试表征系统，观测激光器的输出功率，电光转化效率和光谱特性，结果表明，采用液体微通道冷却的低温工作方式，是实现半导体激光器高输出功率、高电光转换效率的有效手段。如果能解决低温液体冷却系统的成本较高、体积较大、功耗较大等问题，将有望在航空航天、工业加工等领域获得广泛的应用。
在[13]中，国内学者进行了高功率半导体激光器互连界面可靠性的研究。研究人员同样强调了半导体激光器的重要意义[14]，为了提高激光器的输出功率、维持激光器在极端工作环境下的稳定性、进一步延长激光器寿命，必须深入研究和掌握高功率半导体激光器互连界面在极端环境下的失效机理，降低热应力对互连结构的影响；同时筛选出可靠性更高、性能
更优越的材料，进一步提高互连界面在极端环境下的可靠性和寿命。研究人员通过模拟808nm 高功率半导体激光器巴条在常温 25℃（298 K）和极低温环境-70℃（203 K）下 QCW 脉冲工作过程和热应力作用，预测了互连界面的可靠性寿命，目的是建立一套用于预测准连续脉冲工作状态下高功率半导体激光器互连介面工作寿命的计算模型，能够快速计算半导体激光器在极低温下工作时的可靠性寿命。从而为高功率半导体激光器在低温极端环境下工作的可靠性和稳定性工作提供理论指导。
在[16]中，东南大学的学者探究了高速宽带光收发模块可靠性分析技术，其中与本课题相关的工作是着理论分析了温度对半导体激光器和光接收机工作特性的影响，给出了输出功率 随温度升高而降低，中心波长随温度升高向长波长漂移的关系式，并通过试验进行了初步验证；对半导体激光器和光收发模块加速寿命试验方法进行了研究，设计了测试电路，搭建了加速寿命试验系统。
2.国内外与本课题相关工作存在的问题：
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