垂直腔面发射激光器热场特性分析

应用格林函数方法计算了增益波导垂直腔面发射激光器的热传导方程,分析了电流扩展、材料参数和工作条件对温度分布的影响。计算结果表明,电流扩展是影响这种激光器热场特性的主要因素,降低阈值电流是减小温升的有效方法。     

垂直腔面发射激光器光谱特性的实验研究

垂直腔面发射激光器（VCSEL）的偏振光随着电流的不同，出光的方向会发生变化。VCSEL注入电流在大于阈值时由于在谐振腔中存在微小的各向异性，使得光谱的单色性大大降低，这可能会导致VCSEL通信网络质量的下降，这就要求我们在设计和生长VCSEL时尽量减小腔内的各向异性。我们利用一套实验装置，在不同的注入电流下测量了VCSEL偏振光的光谱，从中得出VCSEL的一些光谱特性。     

垂直外腔面发射半导体激光器的热管理方法研究

垂直外腔面发射半导体激光器在高功率运转的同时可以保持良好的光束质量,近年来一直成为研究的热点。本文介绍了垂直外腔面发射半导体激光器的结构及运行原理。由于热管理是其高功率运行的主要限制因素之一,分析了垂直外腔面发射半导体激光器的热管理方法。使用反向生长的外延片通过化学湿法腐蚀去掉砷化镓衬底,得到了约6μm左右的外延片,最后利用808nm的泵浦光进行抽运获得了200mW的连续激光输出。     

垂直腔面发射激光器特性测试系统研究

根据垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作特性，设计了一种新型的易于实验室普及使用的VCSEL特性测试系统，并对VCSEL进行测试，得到了相关测试曲线。该系统使用方便，成本适中，有重要的实际应用价值。     

外腔面发射激光器GaAs基质的酸性腐蚀

外腔面发射激光器的GaAs基质厚度大,热导率低,严重阻碍有源区热量的扩散,影响激光器功率的提高。为了去除激光器的GaAs基质,采用硫酸系酸性腐蚀,通过改变腐蚀液浓度和腐蚀温度来比较腐蚀液对GaAs基质的腐蚀影响,并采用原子力显微镜照片表征了腐蚀表面的粗糙度。结果表明,当腐蚀液的体积比V（H2SO4）:V（H2O2）:V（H2O）=1:5:10,腐蚀温度为30℃时,腐蚀速率适中,为5.2μm/min,腐蚀表面粗糙度2.7nm,腐蚀总体效果较为理想。较好的GaAs基质腐蚀效果为外腔面发射激光器衬底去除腐蚀阻挡层的选择性腐蚀提供了基本的保障。     

垂直腔面发射激光器的动态特性分析

本文给出了动态的垂直腔面发射速率方程,并由此推出了瞬态下的衰减因子和张弛振荡频率和计算公式,以及小信号调制下的光子、载流子的响应函数表达式。计算结果表明,在瞬态下衰减因子随β的增加明显变大,它使张弛振荡过程变短;在小信号调制下,多量子阱的周期增益结构比一般的垂直腔面发射结构有更大的调制带宽。     

光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的热管理

在实验基础上分析了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器(0PS-VECSEL)的热管理,建立了一维静态热传导方程,并结合数学工具Matlab解热传导方程,得出热沉的热导率及DBR热导率变化对器件温度的影响.实验中采用的热沉为铜热沉,用光致发光谱测量方法估算器件的温度升高.理论计算与实验结果都表明,采用铜做热沉时器件的温度升高.因此应采用热传导系数大的材料来取代铜作热沉材料,以提高器件的性能.同时表明这种简单的计算模型能为器件的设计提供有用的理论分析与指导.     

垂直外腔面发射激光器抽运脉冲的优化设计

采用脉冲抽运方式可显著改善光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的热效应,大幅度提升激光器的输出功率。用有限元方法数值求解瞬态传热方程,得到激光器中温度升高的最大值随抽运脉冲的变化规律。讨论了抽运光脉冲宽度范围的选择,分析了抽运脉冲重复频率对激光器中温度升高最大值的影响作用,对抽运脉冲的时间宽度进行了优化设计。结果表明,对于基质去除型的InGaAs量子阱垂直外腔面发射激光器,抽运光脉冲的宽度介于1～10μs时,激光器中最大温升值即明显下降;同时,抽运脉冲的重复频率应限制在50kHz以内,以满足脉冲间隔大于激光器热弛豫时间的要求,否则激光器中会产生热量的积聚,增加最大温升值。     

一种新型垂直外腔面发射半导体激光器

概述了近几年国外发展起来的一种新型半导体激光器光源:垂直外腔面发射激光器,详细介绍了它在光束质量方面的优点,研制方法以及工艺上的特点。     

多次外光反馈下垂直腔面发射激光器非线性动态特性理论研究

在SIMULINK平台下建立了垂直腔面发射激光器(VCSEL)动态仿真模型，利用该模型对多次外光反馈下垂直腔面发射激光器的非线性行为进行了研究。结果表明，短外腔时，光子密度随外腔长呈周期为半激射波长的余弦关系；长外腔时，随外腔长增加，垂直腔面发射激光器依次经历混沌、多周期、倍周期和单周期区域，增大外腔反射率时同样存在这些非线性区域，但出现顺序相反。进一步得出：考虑单次反馈时由于忽略了占有较多能量的高次反馈导致上述非线性效应偏弱；增大自发辐射因子或减小线性展宽因子可抑制系统的非线性行为。     

基质刻蚀的高功率外腔面发射激光器

为了降低光抽运外腔面发射激光器的热效应,提高激光器的输出功率,采用液体毛细键合方法将逆序生长的半导体外延片与高热导率的碳化硅散热窗口键合,并用化学刻蚀方法去除外延片的基质。实验研究了用基质刻蚀的外延片搭建的外腔面发射激光器的性能。当增益介质的有源区为InGaAs/AlGaAs多量子阱、抽运源为808nm的光纤耦合输出半导体激光器,输出镜对激光波长透过率为3%时,在室温下获得TEM00模的最大输出功率0.52W,激光波长1018nm,光谱线宽2nm(半峰全宽),激光器的光光转换效率约为20%。测得x方向与y方向的M2因子分别为1.01和1.00,说明输出光束为质量优良的近衍射极限高斯光束。结果表明,基质刻蚀技术可明显改善外腔面发射激光器的热性能,获得高功率、高光束质量的激光输出。     

Mesa-size dependence characteristics of vertical surface-emitting lasers

The vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) is the most suitable light source for many optoelectronic applications because of its planar nature. The design of large VCSEL arrays requires accurate modeling of device characteristics. In this paper, we present a thermal model to analyze the dependence of VCSEL threshold current and light-output characteristics on aperture size. For both 850-nm and 980-nm VCSELs, a linear dependence of threshold current on device area is observed for oxidized aperture sizes with diameters between 5 μm and 25 μm. Good agreement between theoretical and experimental light-output characteristics is observed using a simple thermal model.     

光泵垂直扩展腔面发射半导体激光器的研究进展

近年来，光泵垂直扩展腔面发射半导体激光器由于其光束质量好、可实现大功率输出，受到了广泛的关注。在介绍其基本工作原理的基础上，综述了不同波段光泵垂直扩展腔面发射半导体激光器的研究现状与进展，并分析、讨论了实现高功率光泵垂直扩展腔面发射半导体激光器面临的主要问题及解决方案。     

外部光反馈作用下垂直腔面发射激光器的电光特性

研究了外部光反馈对垂直腔面发射激光器（VCSELs）电光特性的影响。通过计算光反馈参数对比了VCSELs与边发射激光器（EELs）的光反馈灵敏性。基于复合腔理论计算了存在外部光反馈时垂直腔面发射激光器的阈值电流及斜率效率等电光特性参数。实验结果表明,分布布拉格反射镜（DBR）反射率不同的VCSEL,在反馈率为10%的外部光反馈作用下,其阈值电流及斜率效率发生了不同程度的变化。实验结果有效验证了理论计算的结论。     

Light-current characteristics of vertical-cavity surface-emitting lasers with external optical feedback

The influence of external optical feedback (OFB) on the light-current characteristics of the vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) was investigated theoretically and experimentally. By calculating the OFB sensitivity parameter, the OFB sensibility of the VCSELs was compared with the edge emitting lasers. Based on the compound cavity theory, the light-current characteristic parameters of the VCSELs with external OFB, such as the threshold current and the slope efficiency, were calculated. The experimental results indicated that the threshold current of the VCSELs with different DBR reflectivities decreased to different degrees, accompanied with a decrease of slope efficiency when under 10% feedback ratio of the external OFB, which is in good agreement with the theoretical calculation.     

长波长GaInNAs垂直腔面发射激光器

新出现的直接跃迁GaInNAs与具有高反射率的AlAs／GaAs分布布拉格反射镜相结合构成了GaAs基长波长(1．3—1．6μm)垂直腔面发射激光器(VCSEL)，将成为光纤通信、光互联和光信息处理等的关键元件。本文从材料的选取、外延技术和GaInNAs VCSEL国外和国内的发展状况等方面对长波长GaInNAs VCSEL进行了综合阐述。     

Vertical-external-cavity surface-emitting lasers and quantum dot lasers

The use of cavity to manipulate photon emission of quantum dots (QDs) has been opening unprecedented opportunities for realizing quantum functional nanophotonic devices and quantum information devices....     

光抽运垂直外腔面发射激光器特性与研究进展

介绍了光抽运半导体垂直外腔面发射激光器的结构特点、设计原理及其性能优势,综合评述该领域的最新研究进展,并探讨该类型激光器的发展前景和技术发展方向.     

垂直腔面发射激光器驻波图样与特性分析

根据电场在激光器腔镜反射的相位特性,研究了在不同腔镜组合情况下垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)几种可能的驻波图样。结果表明,驻波图样与两端反射镜顶层折射率的选择密切相关,有源层中心与驻波波腹的相对位置对VCSEL的限制因子以及阈值特性等有很大的影响。