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…     

GaN垂直腔面发射激光器研究进展

氮化镓(GaN)垂直腔面发射激光器(VCSEL)在近20年来获得了飞速发展,已成为下一代半导体激光器的研究热点。GaN是制造从紫外波段到绿色波段光电子器件的绝佳材料,而VCSEL具有阈值和发散角小、调制速率高,以及输出光束呈圆对称等特点。首先回顾了基于GaN的VCSEL的发展历史,简要介绍了它的主要应用方向;然后讨论了反射镜与谐振腔设计与制造中的关键问题;接着分析了三种不同结构的GaN VCSEL的散热机理,并分析讨论了优化散热的策略;最后介绍了基于GaN的蓝色、绿色和紫外VCSEL的研究进展及最新思路。     

高斜效率高功率850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器

报道了MOCVD生长的高性能850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器．研制出的氧化直径为9μm的激光器25℃时的斜效率和阈值电流分别为0．82mW／mA和2．59mA，激光器在23mA时输出16mW最大光功率．氧化直径为5μm的激光器25℃时的最小阈值电流为570μA，其最大饱和光功率为5．5mW．     

基于垂直腔面发射激光器的收发模块研究进展

垂直腔面发射激光器因与传统的边发射激光器有不同的结构,所以在光互联、光存储、光通信等方面得到了越来越广泛的应用.文章概述了近年来以垂直腔面发射激光器为发光器件的收发模块结构的最新研究与进展,并讨论了其发展方向.     

多量子阱垂直腔面发射半导体激光器的速率方程分析

依据多量子阱垂直腔面发射半导体激光器（ＶＣＳＥＬＳ）的结构特点,并考虑到腔量子电动力学中自发辐射增强效应,建立了多量子阱ＶＣＳＥＬＳ的速率方程,并给出了其方程的严格解析解,在此基础之上,讨论了ＶＣＳＥＬＳ的稳态特性,并与普通开腔和三维封闭腔中的结果进行了比较,给出了Ｖ     

分布布拉格反射镜中具有渐变层的垂直腔面发射半导体激光器

报道了分布布拉格反射镜（ＤＢＲ）中具有渐变层的垂直腔面发射激光器的研究结果。器件是采用钨丝掩膜两次质子轰击方法制备的。该方法是目前报道的垂直腔面发射激光器制作方法中最简单的。初步的实验已实现室温宽脉冲高占空比激射，最低阈值为１８ｍＡ，最大峰值功率大于２ｍＷ，激射波长为８７１ｎｍ，串联电阻一般为１００～２００Ω。     

高斜效率高功率850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器

报道了MOCVD生长的高性能85 0 nm氧化限制型垂直腔面发射激光器.研制出的氧化直径为9μm的激光器2 5℃时的斜效率和阈值电流分别为0 .82 m W/m A和2 .5 9m A,激光器在2 3m A时输出16 m W最大光功率.氧化直径为5μm的激光器2 5℃时的最小阈值电流为5 70μA,其最大饱和光功率为5 .5 m W.     

高斜效率高功率850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器

报道了MOCVD生长的高性能850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器.研制出的氧化直径为9μm的激光器25℃时的斜效率和阈值电流分别为0.82mW/mA和2.59mA,激光器在23mA时输出16mW最大光功率.氧化直径为5μm的激光器25℃时的最小阈值电流为570μA,其最大饱和光功率为5.5mW.     

垂直腔面发射激光器

The development and application of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) are summarized in this paper. The emphasis is focused on the high power single and 2-D arrays bottom-emitting VCSELs with a wavelength of 980nm. A distinguished device performance is achieved. The maximum continuous-wave (CW) output power of large aperture single devices with active diameters up to 500μm is as high as 1.95W at room temperature, which is to our knowledge the highest value reported for a single device. Size dependence of the output power, the threshold current and the differential resistance are discussed. A 16 elements array with 200μm aperture size (250μm center spacing) of individual elements shows a CW output power of 1.32W at room temperature.     

新型垂直腔面发射激光器的研制

热问题是制约垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的关键难题之一。为改善垂直腔面发射激光器的热特性,提高输出功率,设计并制备了一种新型内腔接触式结构VCSEL。在出光孔径为16μm时,同时制备传统结构和新型结构两种器件并对其进行测试,传统结构VCSEL的阈值电流为11.5 mA,当注入电流为34 mA时,最大输出功率达到7.3 mW;新结构器件的阈值电流为9 mA,当注入电流为35 mA时,最大输出功率达到10.2 mW;新结构的阈值电流降低了21.7%,最大输出功率提高了28%。结果表明,这种内腔接触式电极结构有望改善器件的热特性和光电性能。     

深度调制下VCSELs典型结构参数的研究

通过构建垂直腔表面发射半导体激光器(VCSELs)的动态仿真模型，研究了有源层孔径和厚度对VCSELs大信号深度调制特性的影响。仿真结果表明，在大信号调制下，较小的有源层孔径和厚度对系统的非线性效应显现出更好的抑制能力，而且具有更高的调制带宽；合理地控制有源层孔径和厚度可以抑制系统的非线性行为，提高调制带宽。     

Selectively etched tunnel junction for lateral current and optical confinement in InP-based vertical cavity lasers

We demonstrate a thin, selectively lateral-etched, AlIn(Ga)As tunnel-junction (TJ) layer as a current and optical confinement aperture in the InP-based long-wavelength vertical cavity surface-emitting lasers (VCSELs). A high etch selectivity was demonstrated by etching the aperture a distance of several microns without affecting the surrounding InP etch-resistant layer. Edgeemitting lasers enclosing the TJ aperture showed high injection efficiency and low current spreading underneath the aperature. Single-mode continuous-wave operation of a 1.55-μm VCSEL was demonstrated successfully with a room-temperature differential efficiency of 21% using a 6-μm-wide TJ aperature.     

高功率VCSEL中应变补偿量子阱的理论设计

利用模型固体理论、k.p理论和Pikus-Bir理论,研究了InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱,得出了较为简单通用的设计方法;进而研究了阱宽、InGaAs中In组分和GaAsP中P组分等参数对跃迁波长的影响.理论计算发现,与InGaAs/GaAs普通量子阱相比,InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱能提供更深的载流子阱和更大的增益.按照提出的理论设计方法,研制了含InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱的垂直腔面发射激光器(VCSEL),理论计算和实验结果相吻合.     

850 nm氧化限制型VCSEL研究

通过对850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构的研究,研制出了满足实用要求的高性能的850nm氧化限制型VCSEL.激光器12μm和16μm氧化孔径25℃的阈值电流分别为1.2mA和1.8mA,斜效率为0.58mW/mA,微分串联电阻为35Ω和25Ω,激光器具有良好的温度特性和可靠性,可应用于1.25Gbit/s数据通信.     

互注入VCSEL非线性及同步特性的理论研究

考虑到瓦注入耦合特有的非线性效应,建立了互注入式垂直腔面发射激光器（VCSEL）的理论模型,推导了系统注入锁定范围的解析表达式,理论研究了互注入的同步类型以及注入延时对系统非线性行为的影响。结果表明：在激光器参数相同的理想情况下,系统能实现完全同步,此时注入延时会影响VCSEL的运行状态;当存在参数偏差或噪声时,系统能实现延时同步,此时注入延时对同步质量的影响呈阶梯状。仿真结果验证了所推导的锁定范围表达式的正确性,发现注入锁定范围与注入量的平方根成难比。     

VCSELs与EELs多模弛豫振荡的研究

根据多模速率方程,利用MATLAB提供的SIMULINK软件包对垂直腔面发射激光器(VCSELs)和边发射激光器(EELs)多模弛豫振荡进行了研究。结果表明,与单模情况相比,多模时EELs弛豫振荡频率增大、弛豫和延迟时间缩短,而VCSELs动态特性变化不大。与此同时,在得出VCSELs的单模工作、高速调制以及提高偏置电流或自发辐射因子可改善两类器件动态特性等结论外还看到,VCSELs边模抑制比(SMSR)随偏置电流变化率高于EELs;自发辐射因子增大时,边模强度同比例增大、主模强度减小,利用微腔效应有效控制自发辐射因子可以优化VCSELs的单模特性。     

光反馈垂直腔面发射半导体激光器的混沌驱动同步

基于光反馈垂直腔面发射半导体激光器动力学模型,通过分析光子数密度随光反馈强度变化的分岔情况,确定了激光器处于混沌态时的参数区间。利用混沌信号驱动同步方案,实现了两个被驱动激光器的精确混沌同步,并通过对两个被驱动激光器相关系数的分析,确定了它们达到精确混沌同步的参数区间。研究了参数失配对同步的影响,结果表明该同步方案有很好的稳健性。     

用于气体浓度检测的VCSELs温度控制电路设计

在利用可调谐半导体激光器吸收光谱（TDLAS）技术对气体浓度进行检测时,检测系统对激光器的温度稳定性要求较高。提出了一种基于max1978的VCSEL激光器自动温度控制（ATC）方案,建立了热电制冷器（TEC）的数学模型,对TEC的热惯性进行了测试,以热惯性测试结果为基础对比例积分微分控制（PID）电路参数进行了整定,设计出了具有较高控制性能的温度控制电路。电路采用闭环负反馈自动控制方案,采用PID电路产生控制信号,驱动TEC,实现了对VCSEL激光器工作温度的有效控制。实验测试结果表明,电路的温度控制精度达到+0.03℃,较好地实现了激光器工作温度稳定性的控制。