VCSEL的偏振特性随注入电流变化的实验研究

注入电流是影响VCSEL偏振特性的重要因素。谊论文通过实验，测量了VCSEL的出射光偏振特性随着注入电流的变化。观察到了两次偏振转换的过程，即随着注入电流的升高出射偏振光由椭圆偏振光——圆偏振光——椭圆偏振光——圆偏振光——椭圆偏振光的过程，并且在变化的过程中电流的变化范围很小。     

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。     

外加电场下垂直腔面发射激光器的偏振转换电流

电光效应双折射可以控制垂直腔面发射激光器的偏振特性。本文计算了作用在垂直腔面发射激光器（VCSEL）的上面的分布格反射镜（DBR）上的外加电场产生的双折射,并在此基础上通过对自旋反转模型（SFM）的修正,得到面发射激光器在外加电场存在时的偏振转换电流。     

耦合垂直腔面发射激光器的阈值及输出特性

针对耦合垂直腔面发射激光器,利用边界条件,结合激光器的中间DBR层的耦合传输矩阵,推导出了不同激射波长工作时,两腔内光场应满足的方程,由此得到两腔光子之间的耦合因子,然后结合稳态载流子速率方程,按照激射波长,得出了器件的四种工作状态,并详细地讨论了顶腔和底腔注入电流对器件输出特性的影响.     

单向耦合VCSEL偏振模的同步与编码

为了研究单向耦合垂直腔面发射激光器系统的混沌动力学及其在通信中的应用,采用数值仿真的方法,理论研究了两个单向耦合的垂直腔面发射激光器偏振模的同步特性,并通过对发射激光器偏振态相位的调制实现了该系统的编码。结果表明,主激光器和从激光器相应模式间可以获得高性能的同步,而且存在两个明显的同步区域——完全同步和注入锁定同步。加载的数字信息也可以在从激光器每个偏振分量中还原,这表明可以利用单模或多横模垂直腔面发射激光器进行多信道混沌通信。     

表面光栅垂直腔面发射激光器偏振特性研究

研究了表面光栅结构对垂直腔面发射激光器(VCSEL)的偏振控制作用。引入表面光栅后,对不同刻蚀深度下的偏振相关的镜面损耗进行了仿真,结果表明表面光栅刻蚀深度在44~130 nm范围内均可实现稳定偏振,具有较大的工艺容差。表面光栅VCSEL在基横模工作状态下偏振抑制比(Orthogonal Polarization Suppression Ratio, OPSR)超过20 dB,偏振光谱峰间偏振抑制比达到40 dB,且在多横模状态也实现了有效的偏振控制。为了进一步验证光栅对偏振控制的效果,制作了方向互相垂直的两种表面光栅,具有这两种方向光栅的VCSEL的OPSR均达20 dB以上。测试分析表明表面光栅是VCSEL实现稳定偏振的一种有效手段。     

高功率垂直腔底发射激光器的偏振特性

在垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为显示光源的应用中,为了获得高功率的偏振激光,研究了980nm大口径底发射VCSEL的偏振特性。通过刻蚀矩形台面和矩形出光口径,制备矩形VCSEL。在连续条件下,出光口径为550μm×300μm的底发射矩形VCSEL最大输出功率为660mW,微分电阻为0.09Ω。实验中,矩形VCSEL在工作电流下,同时存在稳定的水平偏振光和竖直偏振光,并且沿着矩形长边出射的水平偏振光一直占据主导地位。而圆形VCSEL在水平和竖直方向的激射情况几乎相同。水平偏振光的激射光谱相对于竖直偏振光出现蓝移,并且用对称三层波导模型解释了蓝移现象。研究了矩形VCSEL的正交偏振比与矩形口径长宽比的关系。实验结果表明,矩形柱结构能够有效地稳定VCSEL的偏振方向,使大口径器件激射高功率的偏振激光。     

基于VCSEL的光发射模块的研究与设计

概述了近年来发展迅速的以垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为发光器件的发射模块的结构，以及半导体激光器的特性。在了解了半导体激光器驱动电路的基本功能和设计要求后，重点介绍采用美国MAXIM公司生产的VCSEL驱动器MAX3740来设计基于VCSEL的光发射模块。     

表面涂覆胆固醇液晶-垂直腔面发射激光器的偏振特性

利用胆固醇液晶(CLC)涂覆于垂直腔面发射激光器(VCSEL)表面,将其作为VCSEL输出偏振调控单元,测量并分析了CLC-VCSEL的I-P特性、不同抽运电流下的偏振输出特性以及功率输出稳定性。实验结果表明,同一工作温度下,CLC-VCSEL的阈值电流比单独VCSEL的阈值电流增加了0.35 m A。CLC-VCSEL的偏振态对注入电流非常敏感。当注入电流为1.4 m A时,CLC-VCSEL表现出优良的功率稳定性能,在LCLC=4.62~5.95 mm范围内,获得了有效的圆偏振光输出。     

795nm单偏振稳定垂直腔面发射激光器的研究

基于非对称氧化技术,引入氧化孔径横向光场损耗各向异性,使得TE/TM偏振光功率差进一步增加,TM偏振得到有效抑制,从而实现795nm垂直腔面发射激光器单偏振稳定输出。实验结果显示:当氧化孔径为7μm×5.5μm时,不同温度下偏振抑制比均在10dB以上,最高达到16.56dB;当氧化孔径为20μm×18μm时,偏振抑制比也可以达到15.96dB。最终,得到偏振抑制比为16dB、水平发散角为8.349°、垂直发散角为9.340°的单偏振稳定输出795nm垂直腔面发射激光器(VCSEL),为实现单偏振高光束质量VCSEL激光光源提供了实验基础。     

一种850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器的设计

采用PICS3D软件建立了850 nm氧化限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)的仿真模型,通过优化量子阱有源区的阱和垒的个数、合理选取分布式布拉格反射镜(DBR)的材料以及对数,设计了一种850 nm氧化限制型VCSEL.在10μm氧化孔径下,与商用的850 nm氧化限制型VCSEL相比,其阈值电流从1.8mA降至1.5mA,斜率效率从0.3 W/A提升到0.65 W/A.     

光注入光反馈下VCSEL非线性输出特性分析

为了研究光注入和光反馈对垂直腔面发射激光器(VCSEL)非线性输出特性的影响,基于自旋反转模型(SFM),利用MATLAB数值仿真二者共同作用下VCSEL的非线性输出特性.研究结果表明:在光注入和光反馈同时作用下,VCSEL输出可以实现稳态、单周期、多周期、混沌等非线性行为.通过合理选择注入强度,可实现对VCSEL输出行为的控制.     

一种新型环形上DBR刻蚀微结构VCSEL及其空心光束（英文）

设计了带有质子注入高阻区的刻蚀微结构面发射半导体激光器结构,使得从出光口到上DBR形成环形波导,进而直接产生空心激光束输出。使用FDTD软件计算了刻蚀微结构VCSEL的光场分布,得到的环形模式图样在不同模式数目下都能保持空心光束的特性。制备了室温下激射波长为848 nm的微结构VCSEL,并测试其输出特性。阈值电流为0.27 A,峰值功率最高可达170 mW。不同电流下的近场图都显示出非常明显的空心环形光斑,远场光强分布曲线也符合空心光束的特性。该新型VCSEL技术为空心光束甚至阵列器件的发展提供了一种新的方法。     

用于VCSEL的Si基零对比度光栅反射镜研究

利用严格耦合波理论和时域有限差分方法设计了一种应用于940 nm垂直腔面发射激光器的Si基零折射率对比度光栅反射镜。对零对比度亚波长光栅(Zero-index-Contrast subwavelength Grating, ZCG)的高反射特性进行了研究,分析了ZCG实现宽带高反射的条件。此外,讨论了光栅结构参数对反射性能的影响并计算了制作公差,模拟分析了ZCG尺寸与垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)氧化孔径尺寸对镜面损耗的影响。所设计的ZCG带宽可达280 nm, Δλ/λ₀=29.8%。该反射镜可以替代VCSEL中传统的分布式布拉格反射镜,降低了工艺难度和生长成本,同时有利于VCSEL与其他Si基光电子器件的集成。     

光栅外腔提高VCSEL微波调制效率实验研究

实验研究了垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)在闪耀光栅作为外腔反馈时的直流和微波调制特性.VCSEL底部端面和外部闪耀光栅组成法布里-珀罗(Fab-ry-Perot,FP)腔,由于闪耀光栅的反馈作用,可以提高VCSEL微波调制效率.在VCSEL...     

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.     

微波模拟信号调制下VCSEL腔结构参数的优化设计

以垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)为研究对象,采用Volterra方法结合速率方程理论,从器件设计角度,分析了在5 GHz微波信号模拟调制情况下出射面反射镜的反射率、有源区厚度和光限制因子对其二阶谐波失真、三阶谐波失真和三阶互调失真的影响.结果表明,对于垂直腔面发射半导体激光器,采取大反射率、小有源区厚度和小光限制因子有利于降低器件的谐波和互调失真.     

高功率1 550 nm多结VCSEL的设计与仿真

在激光雷达应用场景下,高功率垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)越来越受到关注。而在长波波段,1 550 nm器件一直存在输出功率不够理想,功率转化效率低等问题。目前,多结VCSEL是获得高功率、高功率转换效率 (power con- version efficiency,PCE) 、高光功率密度、高斜率效率 (slope efficiency,SE) 的关键技术。本文将1 550 nm VCSEL与多结技术结合,旨在设计出高功率的1 550 nm器件,最终成功设计并仿真了不同直径 (15 μm、20 μm、30 μm、50 μm、100 μm) 多结 (1—4结) 1 550 nm的VCSEL器件。通过对比不同参数器 件的输出功率,发现器件的输出功率随结数和直径的增加而增大,最大功率能达到2 217 mW(4结100 μm VCSEL)。并且仿真结果表明30 μm VCSEL的输出特性相对较好:单结结构的SE优于50 μm和 100 μm器件,为0.39 W/A;在多结结构中,30 μm优于15 μm和20 μm的器件,分别为0.89 W/A (2结)、1.55 W/A (3结)、1.79 W/A (4结)。最后研究分析了30 μm VCSEL PCE和远场分布,发现SE随结数增加而显著增加,最高为3结的40.4%,驱动电流只有1 A,这是单结PCE的6.2倍;3结的输出功率也高达 1 549 mW,而光束发散角单多结器件之间几乎没有差别,约为5°。以上结果为 1 550 nm VCSEL作为激光雷达系统和3D传感的光源应用提供了很好的器件研究基础。     

新型辐射桥结构VCSEL的设计、制作和热特性分析

为了改善垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的热特性,提高器件的输出功率,设计并制作了一种新型辐射桥结构VCSEL。利用有限元热分析软件ANSYS,模拟了常规结构和辐射桥结构VCSEL内部的热场分布和热矢量分布。经模拟得到,常规结构器件的热阻为4.13K/W,辐射桥结构的热阻为2.64K/W。而经实验测得,常规结构器件的热阻为4.40K/W,辐射桥结构器件的热阻为2.93K/W,实验测试结果与模拟结果吻合较好。同时测得,常规结构器件的最大输出功率为305mW,辐射桥结构器件的最大输出功率为430mW,后者的输出功率提高了40%。