基于InGaAsP/InP材料的二维半导体光子晶体激光器

描述了基于InGaAsP/InP材料的二维半导体光子晶体激光器的研究.主要介绍点缺陷型光子晶体激光器的理论设计、模拟分析及与器件性能的比较.理论上采用平面波展开法和有限时域查分法,预言了通过采用调整点缺陷腔的最近临空气孔的尺寸,可以提高缺陷腔的品质因子Q,从而提高激光器的工作性能,激光器的激射阈值;研制了不同近邻孔径尺寸的激光器,试验结果与理论模拟相一致.     

单横模光子晶体微腔激光器的研究

对单横模激射的光子晶体垂直腔面发射激光器的设计具有指导作用。把单横模光子晶体光纤理论用于光子晶体微腔,分析有效归一化频率随晶格常数和填充比的变化关系;采用时域有限差分方法计算二维空气孔型三角结构光子晶体的完全带隙。利用上述计算结果,选取合适的光子晶体结构参数,实现单横模激射。从载流子数面密度和光子数面密度的速率方程出发,分析了光子晶体的引入对激光阈值的影响。     

基于多路径正反馈机制的零折射率超材料高效纳米激光器（英文）

对于传统的Fabry-Perot腔激光器,光子在增益介质中沿任意方向传播。在腔内,只有沿着腔的轴线来回震荡的光子,达到一定的阈值后可以产生激射效应。然而,对于入射方向偏离反射镜腔壁的光子将从腔中耗散出去,从而使得激射效率较低。为了解决上述激光器所面临的缺陷,利用等效折射率为负1的负折射材料和零折射率材料组成一个双层结构作为Fabry-Pérot腔壁。对于此腔,以不同路径入射于腔壁的光子,都可以重新汇聚到原子所在的位置。经过多次正反馈,最终以垂直于腔壁的方向辐射出去,避免了光子在偏离激射方向上的耗散。此外,该腔的聚焦效应与准直效应与原子位置无关。随后,通过二维光子晶体分别实现了由0与-1等效折射率光子晶体组成的反射壁,当在腔中引入增益材料时,可以观察到明显的激射行为。与单个零折射率材料构成的腔相比,该腔的阈值更低,发射强度更大,从而提高了激射的效率。     

光子晶体面发射蓝光激光器的高速调制性能分析

光子晶体面发射激光器基于光子晶体能带带边模式,形成二维微腔谐振,继而实现光增益和激射,其具有高功率、单纵模等优异特性。基于氮化镓基蓝光激光器结构和速率方程调制理论,对异质结构光子晶体面发射激光器进行了动态调制性能分析。通过仿真计算得出,在所研究的激光器结构参数下,阈值电流为1.76 mA,最大3 dB调制带宽为42 GHz,最低数据发送能耗为62.78 pJ·bit^-1,展示出了该结构激光器的基础性能和高速调制特性,为具有大调制带宽的蓝光激光器的设计提供了参考。     

含色散增益介质光子晶体微腔的光学特性

为了理解光子晶体微腔的光学传输特性,探讨微腔的折射率对缺陷模放大特性和谐振频率的影响,采用时域有限差分法计算了含洛伦兹色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,分析、比较了不同光子晶体微腔的透射谱。结果表明,微腔折射率的大小决定缺陷模的谐振频率,而介质色散特性将导致缺陷模频率的移动。另外,当通过复介电常数的虚部引入光学增益后,缺陷模在增益介质中被放大,其阈值特性和缺陷折射率的大小密切相关。模拟结果证明通过合理的选择微腔中介质折射率的大小,可以改善微腔的光学特性,降低激光器的阈值。     

低垂直发散角高亮度光子晶体半导体激光器

针对现有边发射半导体激光器远场发散角大、光束质量差等问题,引入光子晶体人工微结构实现模式扩展和模场分离,改善了单芯片半导体激光器的性能,实现了高亮度高光束质量的激光输出。理论分析并模拟了光子晶体半导体激光器对光场的调控机制,并介绍了几种典型的光子晶体半导体激光器。在光子晶体激光器实现低垂直发散角的基础上,设计了不同的结构实现了大功率、单模、高亮度等特性的输出。实验验证了光子晶体能带效应在提高半导体激光光束质量、提高亮度等方面的调控作用,其能够突破普通半导体激光器面临的限制,有助于半导体激光更有效地应用在光纤激光器抽运和激光加工等领域,为半导体激光的直接应用奠定了基础。     

半导体微腔激光器阈值特性分析

利用速率方程理论讨论了半导体微腔激光器的激射阈值与自发发射耦合系数β之间的关系,分析了降低阈值的途径,为器件设计提供了依据。     

光子晶体面发射激光器阈值增益与输出光功率的研究

光子晶体面发射激光器(PCSELs)可实现大面积单模激射,且具有高功率、高光束质量等优点,在光通信、激光雷达、激光打印、激光显示和激光加工等领域具有广泛的应用前景.因此,分析了具有面内多向分布反馈效应光子晶体激光器的带边激射原理、阈值增益,并结合半导体激光器速率方程推导了PCSELs输出光功率的表达式,同时给出了提高P...     

含缺陷光子晶体波分复用器研究

利用光子晶体的光子禁带和体积小的优点,在光子晶体中适当设计线缺陷和点缺陷,使这些缺陷会形成波导和微腔.根据耦合模理论,波导与波导及波导与微腔之间会发生耦合现象,通过调节耦合长度和微腔中心半径的大小,可以选择不同波长的光波在各信道中通过.依此原理,可以制作相应的光子晶体波分复用器.     

折射率可调的二维光子晶体设计与特性

光子晶体在传感、滤波和光子晶体激光器等方面具有很重要的应用价值。设计了一种基于改变缺陷介质折射率的可调谐二维正方晶格和三角晶格光子晶体激光器微腔,在平面光子晶体薄板中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验中随着KTP晶体折射率逐渐增大,正方晶格光子晶体禁带数量减少,归一化频率减小,禁带宽度基本不变;而三角晶格光子晶体禁带逐渐变窄,且向低频方向移动。最后,用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理论上的描述,验证了实验结果。