超短脉冲半导体激光器具有低成本、高集成度、操作简单等优点，应用前景广阔。半导体脉冲激光通常采用锁模、调Q或增益开关技术来实现。其中，增益开关技术通过直接调制半导体激光器的光学增益来精确控制激光脉宽，是一种最简单且行之有效的方法。近年来的研究表明，增益饱和非线性行为以及激发功率依赖的载流子复合过程对激光输出特性具有重要影响。然而，传统的半导体激光器速率方程模型并未考虑这两种效应，需要进行理论修正和模型优化。因此，构建更加完善的半导体激光速率方程模型，并进一步分析不同物理参数对增益开关激光输出特性的影响规律，对实现半导体超短脉冲激光输出具有重要的学术价值和应用价值。

陈少强教授研究团队基于传统半导体激光速率方程模型，创新性地引入增益饱和因子gs和载流子复合ABC模型，构建出半导体激光速率方程准定量拟合模型，并基于该模型在单晶体微腔激光器中成功地验证了超快增益开关特性。结果显示，低的瞬态饱和增益是限制激光输出脉宽的一个重要因素。该成果完善了半导体激光速率方程理论模型，为实现增益开关超短半导体激光脉冲提供了理论指导，相关研究成果发表在Communications Physics 5: 160 (2022)。

图1 半导体激光器增益开关脉冲输出特性及速率方程仿真结果