纳米孔径垂直腔面发射激光器的制备及特性

在850 nm波长垂直腔面发射激光器的基础上制备了纳米孔径垂直腔面发射激光器.当小孔尺寸为400 nm×400 nm时,在25 mA驱动电流下,其最大输出光功率达到了0.3 mW,功率密度约为2 mW/μm2.文中介绍了纳米孔径垂直腔面发射激光器的制备工艺,并对它的光谱特性和寿命特性进行了分析.     

纳米孔径垂直腔面发射激光器的制备及特性

在850 nm波长垂直腔面发射激光器的基础上制备了纳米孔径垂直腔面发射激光器.当小孔尺寸为400 nm×400 nm时,在25 mA驱动电流下,其最大输出光功率达到了0.3 mW,功率密度约为2 mW/μm2.文中介绍了纳米孔径垂直腔面发射激光器的制备工艺,并对它的光谱特性和寿命特性进行了分析.     

具有金属纳米颗粒结构的微小孔面发射激光器

在普通850nm垂直腔面发射激光器基础上制备出带有金属纳米颗粒结构的微小孔径垂直腔面发射激光器。当小孔和金属颗粒的直径分别为400nm和100nm时,其最大输出光功率达到0.5mW。介绍了该器件的制备工艺,从实验和理论两方面验证了金属纳米颗粒结构激发局域表面等离子体,从而使输出光功率得到提高。     

垂直腔面发射激光器及其进展

1　引　　言　　光电子技术在网络、存储器等方面的应用与多媒体信息社会的发展息息相关 ,对信息社会的发展始终起着至关重要的作用。在世界范围内的信息基础设施配置中 ,人们对以光纤通信为代表的光电子技术寄予厚望。瞬间传送处理图像等大规模信息技术愈益重要 ,在并行传递空间信息的超并行光传输系统、连接多台计算机或LSI芯片的并行光互连及光并行信息处理系统中 ,新兴的并行光电子技术起主导作用。要实现充分利用光的并行性的系统 ,大规模地进行二维集成化的并行光器件十分重要。为适应这种需求 ,人们开始探索一种新型结构的半导体激…     

大功率高可靠性垂直腔面发射激光器阵列研究

针对980nm激光波长设计了InGaAs/GaAsP材料多周期增益量子阱结构。垒层采用带隙更宽的GaAsP材料代替常规GaAs,改善了效率随温度升高而降低的问题,同时又能满足长寿命激光工作的需要。周期增益量子阱结构提高了有源区的单程增益,降低了阈值,提高了输出功率。制作出新结构的集成单元数为4×4,单元直径30μm的阵列器件,工作电流为5.88A时连续激光功率达到2W;窄脉冲宽度1μs,重复频率100Hz,工作电流60A时输出功率达到30W,且均未达到饱和状态。此阵列器件在工作电流为1～4A时发散角半宽均小于16°。利用加速老化方法对阵列器件的寿命进行了测试,推算出30℃的寿命可达5280h以上,并分析了影响大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)可靠性的主要因素。     

垂直腔面发射激光器的温度特性研究

为了研究垂直腔面发射激光器（VCSEL）输出的光功率与器件温度的关系,确定用户可正常使用网络的温度范围,采用输出光功率与工作电流关系（P-I）模型进行了理论分析及实验验证,并通过简化模型参量及引入电压与电流关系（U-I）特性曲线来优化模型。采用了Levenberg-Marquardt（LM）算法来实现模型参量的求解,对比20℃下的测量数据与拟合数据的相似度,预测得到不同温度下的P-I特性曲线数据。结果表明,在固定温度下,输出光功率随着驱动电流的增加先增后减;在固定的驱动电流下,输出光功率随着温度增加而减小;要保证用户正常上网,电机房里VCSEL激光器工作的环境温度最多不能高于31℃。     

垂直腔面发射激光器的热学特性

通过求泊松方程、电流密度方程、载流子扩散方程以及有源层结压降方程自洽解的方法,计算了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的电势分布,进而求解热传导方程,得到VCSEL的温度分布.详细分析了注入电流密度小于或等于阈值电流密度时,晶片键合结构垂直腔面发射激光器的键合界面阻抗、氧化层限制孔径、外加电压以及分布布拉格反射镜的热导率的大小对VCSEL内部温度分布的影响.     

垂直腔面发射激光器的热学特性

通过求泊松方程、电流密度方程、载流子扩散方程以及有源层结压降方程自洽解的方法，计算了垂直腔面发射激光器（VCSEL）的电势分布，进而求解热传导方程，得到VCSEL的温度分布．详细分析了注入电流密度小于或等于阈值电流密度时，晶片键合结构垂直腔面发射激光器的键合界面阻抗、氧化层限制孔径、外加电压以及分布布拉格反射镜的热导率的大小对VCSEL内部温度分布的影响．     

性能优良的光泵垂直腔面发射激光器

光泵半导体（OPS）激光器是一类以特殊类型垂直腔面发射激光器（VCSEL）为基础的新型器件，与以电流注入驱动的垂直腔面发射激光器不同，光泵垂直腔面发射激光器是用二极管泵浦激光驱动的。这种器件具有所希望的性能特性组合，如小型组件的高功率和优良TEM00模特性的组合。这种技术还可做成具有特定波长输出的激光器或在850～1600nm光谱范围可调谐的激光器。这些特性意味着光泵半导体激光器具有渗透或影响许多商业化激光应用开发的潜力，其中包括在通讯方面的应用。这方面的一个重要例子是泵浦高功率掺饵光纤放大器（EDFA）。光泵光泵…     

垂直腔面发射微腔激光器

介绍垂直腔面发射激光器(VCSEL)的结构、特点、性能、应用以及最新进展，并对当前要解决的关键问题进行了论述。     

795nm单模垂直腔面发射激光器

针对铷原予能级跃迁对光谱的特殊需求,设计并制备了795 nm单模垂直腔面发射激光器(VCSEL).根据对VCSEL的光场和模式的分析和计算结果,设计了单模VCSEL芯片结构.采用MOCVD技术生长了外延结构,制备了不同有源区直径的氧化限制型VCSEL芯片并进行了测试.当有源区直径从6 μm减小到3μm时,VCSEL芯片的边模抑制比(SMSR)由8.76 dB增加到34.05 dB,阈值电流由0.77 mA减小到0.35 mA.有源区直径为6,5,4和3μm的VCSEL芯片的输出功率分别为0.37,0.46,0.58和0.44 mW,有源区直径为4μm的VCSEL芯片的远场为圆形光束,发散角为15°.85℃时3.5 μm有源区直径的VCSEL芯片输出功率为0.125 mW,激射波长为795.3 nm.室温3 dB带宽大于8 GHz,满足了铷原子传感器对VCSEL单模光谱、输出功率及调制速率的要求.     

基于AlN膜钝化层的高功率垂直腔面发射激光器

高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)内部的自生热是影响器件功能的重要因素,为改善器件的散热性能,采用AlN膜做钝化层研制了基于AlN膜钝化层的980 nm高功率VCSEL器件。对高功率VCSEL进行模拟仿真与理论分析表明,采用AlN膜钝化层可以改善器件内部的温度分布,降低器件的热阻,提高器件的散热能力;采用相同的外延片与工艺实验制备了出光孔径同为200μm的AlN膜钝化层和传统的SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件;对两种不同的钝化层的器件性能进行了实验对比测试,结果表明AlN膜钝化层的高功率VCSEL器件室温下的最大输出功率可达470 mW,比同温度下SiO2膜钝化层的高功率VCSEL器件的最大输出功率高140 mW。AlN膜钝化层的高功率VCSEL在外界温度80℃时,仍能正常激射,具有良好的温度适应性与光电性能。     

980 nm高功率VCSEL的光束质量

利用CCD成像技术,设计出一种简单的测量垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光束质量因子M2的方法。在注入电流分别为900mA,1500mA,3000mA和6000mA时,对出光孔径300μm,激射波长为980nm的垂直腔底面发射激光器的束腰等光束参数进行了测量,并应用激光光束传播的高斯方程拟合求得了M2因子的值分别为66,58,44和53。另外,当注入电流为900mA和3000mA时,对器件的远场分布进行了分析并测得了器件的远场发散角,测量值与理论计算值吻合较好。     

电流调制垂直腔面发射半导体激光器混沌动力学特性

利用数值模拟的方法研究了电流调制下偏置电流和调制频率对垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)混沌动力学特性的影响.数值模拟结果表明,在一定的调制频率下,偏置电流较大时VCSEL处于稳定的周期一态.偏置电流较小时激光器在调制参数的某些区间会出现阵发混沌;在一定的偏置电流下,调制频率较小时,VCSEL处于稳定的周期一态,调制频率较大时系统在调制参数的某些区间会出现阵发混沌.所以偏置电流和调制频率是影响VCSEL混沌动力学特性的重要参数,可以通过适当控制偏置电流和调制频率找到系统的周期态和混沌态.     

808nm InGaAlAs垂直腔面发射激光器的结构设计

为实现垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)在808 nm波长的激射,对VCSEL芯片的整体结构进行了设计。基于应变量子阱的能带理论、固体模型理论、克龙尼克-潘纳模型和光学传输矩阵方法,计算了压应变InGaAlAs量子阱的带隙、带阶、量子化子能级以及分布布拉格反射镜(DBR)的反射谱,从而确定了量子阱的组分、厚度以及反射镜的对数。数值模拟的结果表明,阱宽为6 nm的In0.14Ga0.74Al0.12As/Al0.3Ga0.7As量子阱,在室温下激射波长在800 nm左右,其峰值材料增益在工作温度下达到4000 cm-1;渐变层为20 nm的Al0.9Ga0.1As/Al0.2Ga0.8As DBR,出光p面为23对时反射率为99.57%,全反射n面为39.5对时反射率为99.94%。设计的顶发射VCSEL结构通过光电集成专业软件(PICS3D)验证,得到室温下的光谱中心波长在800 nm处,证实了结构设计的正确性。     

用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs的ICP刻蚀工艺研究

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀设备对应用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs材料进行刻蚀工艺研究。该刻蚀实验采用光刻胶作为刻蚀掩模,Cl2/BCl3作为刻蚀工艺气体,通过实验分析总结了ICP源功率、射频偏压功率和腔体压强对GaAs/AlGaAs材料和掩模刻蚀速率的影响。利用扫描电子显微镜观察不同参数条件对样品侧壁垂直度和底部平坦度的影响。最终在保证高刻蚀速率的前提下,通过调整优化各工艺参数,得到了侧壁光滑、底部平坦的圆台结构。