光子晶体垂直腔面发射激光器的研究进展

单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低功耗、小发散角、高调制带宽和易于二维集成等优点,在光互连、光存储、高速激光打印和长波通讯等方向有着很好的应用前景。调节VCSEL顶部和底部反射层的结构可以很容易地实现单纵模条件,然而要实现横向单模输出,就要同时对出射光加以横向限制。在VCSEL的顶部反射层刻蚀出二维光子晶体结构构成的光子晶体VCSEL实现了稳定的单横模激光输出。介绍了光子晶体VCSEL的基本结构、工作原理、研究进展和应用领域,并探讨了如何使光子晶体VCSEL获得更高的出光功率、控制激光偏振特性和减小发散角等问题。最后评述了光子晶体VCSEL的国内研究现状,并对未来的研究做了展望。     

质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器制备

在光子晶体垂直腔面发射激光器中采用质子注入工艺,使台面工艺变成纯平面工艺,降低了光子晶体结构制备难度,简化了器件制备,提高了器件的均匀性。质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器中的光子晶体结构,在电流限制孔小于光子晶体缺陷孔时,仍能控制器件光束及模式特性,该结果可用于优化器件阈值电流,制备高性能低阈值电流基横模器件。实验所设计制备的器件,在注入电流小于12.5 mA时,阈值电流2.1 mA,出光功率大于1 mW,远场发射角小于7,有效验证了光子晶体结构在质子注入型面发射激光器中的光束改善及模式控制作用。     

894 nm高温工作氧化限制型基横模VCSEL研究

针对芯片原子钟（铯）用激光光源系统对垂直腔面发射激光器（VCSEL）模式及工作温度的需求,研制出可以高温工作的氧化限制型基横模 894.6 nm VCSEL。通过缩小VCSEL氧化孔直径至3 μm,限制VCSEL高阶横模激射,保证器件基横模低阈值电流工作。通过常温下腔模与材料增益失谐12 nm 的结构设计,使器件能够在50~65 ℃ 高温时,激射波长对准原子能级且工作模式稳定。实验所制备的VCSEL在工作温度为55 ℃、注入电流1.8 mA 时,激射波长达到 894.6 nm,边模抑制比（SMSR）大于35 dB,基横模功率为0.75 mW,具有11.4°的远场发射角。当温度为65 ℃时,器件SMSR大于25 dB,基横模功率大于0.1 mW。该高温基横模工作的VCSEL在芯片原子钟中具有重要的应用前景。     

二维光子晶体对面发射激光器横模控制研究

垂直腔面发射激光器的单模输出特性在光网络数据传输光互连、光存储和激光打印中有重要的应用.传统的氧化限制型垂直腔面发射半导体激光器由于串联电阻大、发热严重而很难工作在单模状态.二维光子晶体结构可以有效地控制垂直腔面发射激光器的横向模式,使器件工作在单模状态下.从理论上系统研究了光子晶体垂直腔面发射半导体激光器的单模条件,成功设计了一组单模光子晶体垂直腔面发射半导体激光器,并通过常规工艺制作出功率0.6 mW、边模抑制比大于30 dB、阈值电流4 mA、远场发散角8.4°、不受电流注入影响的单模光子晶体垂直腔面发射半导体激光器.实验证明:光子晶体可有效地进行横模控制.     

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。     

微结构垂直腔面发射激光器的设计

具有高功率、单横模工作特性的垂直腔激光器(VCSEL)将会极大地扩展VCSEL激光器的应用领域,具备此性能的VCSEL激光器除了能增强它在短距离通信及光存储网络的应用之外,还将成为长距离光通信以及光传感系统里重要的器件.然而对于传统的VCSEL激光器,高功率和单横模工作特性很难同时获得,这是因为高功率输出通常将会增大输出孔径,大的输出孔径则会带来多横模振荡.文中通过在P-DBR层中引入纳米微结构,设计了一种能同时提供高功率、单横模输出的VCSEL激光器.这种新型的VCSEL激光器通过采用光子带隙的波导结构,使得设计的激光器在大输出孔径(直径达12 μm)时仍然保持单横模工作.     

基于锯齿口和多支路的二维光子晶体出射光集束

光子晶体波导具有传输速率大、损耗率低、稳定性好等特点,在光集成、光信息传输等领域具有十分广阔的应用前景.然而作为亚波长波导,由于存在衍射极限,光子晶体波导的出射光会发散到各个方向,影响出射光集束.为解决光子晶体波导出射端光场控制问题,提出了一种新型的二维正方晶格光子晶体出射光集束的结构.该结构通过在波导出射端表面引入锯...     

内嵌结构光子晶体在F 型微带天线中的应用

对常用的正方晶格光子晶体结构进行改进优化,设计出一种新型内嵌结构式二维光子晶体,即在普 通正方晶格光子晶体内部嵌入同类晶格的光子晶体。将该结构光子晶体应用到F 型微带天线中,采用平面波展开 法,进行大量仿真计算。结果表明:与传统的微带天线相比,加入该结构光子晶体后的微带天线回波损耗由 -18. 2465dB 降低到-41. 0624dB。天线具有更好的阻抗特性和辐射效率,方向图有所改善,背瓣辐射最大处减少约 5dB。这种新型的光子晶体微带天线达到了提高天线性能的目的。     

基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器研究

鉴于光子晶体具备控光能力强和响应速度快等优点,设计了基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器。将二维的正方晶格介质柱当作材料,并融合光子晶体带隙、自准直效应实现光分插滤波器设计。引入平面波展开法,实现完整周期光子晶体架构求解。引入时域有限差分法,获取晶体中的电场磁场整体分布。模拟结果显示,该结构耦合效率与品质因子良好,且场图模拟与对应结构透射谱拟合度较高,表现出了较强的可实践性。     

媒体扫描

用混合方法改善 光子晶体特性 据美国特拉华大学的工程师报导,他们将不同光子晶体的晶格组合,极大地提高了基于此结构的光学器件的性能。利用正方形晶格和正方与六角形晶格二者组合模拟了光子晶体分束器。     

平面波展开法在质量分数测量上的应用研究

为了提出测定果糖质量分数的新方案,采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体,分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明,在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的;同时,晶格结构对光子带隙有一定的影响,不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中,TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。     

八角格子光子晶体光纤的传输特性

基于带有各向异性完全匹配层吸收边界条件的紧凑二维频域有限差分法(2D-FDFD)对八角格子光子晶体光纤(O-PCF)的模式分布、模式截止特性以及色散特性进行了数值模拟。通过计算八角格子光子晶体光纤前20个模式分布发现,其模场形状比六角格子光子晶体光纤(H-PCF)的好,更接近于圆形;利用有效面积方法分析了八角格子和六角格子光子晶体光纤基模和二阶模的截止特性,得到了非限制模、基模和多模的相图。比较发现相同填充率和空气孔间距时,八角格子光子晶体光纤的单模运转区域要比六角格子光子晶体光纤的宽,且更易用于色散补偿。     

"Anti" up the aperture [antiguided VCSEL structures]

Coupled vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) arrays are an attractive means to increase the coherent output power of VCSELs. Single-mode VCSELs, with output powers greater than 10 mW, would be useful as telecommunication transmitters /spl lambda/=1.3-1.55 /spl mu/m) or sources for optical interconnects. Commercially available single-mode VCSELs, even at shorter wavelengths /spl lambda/=0.85 /spl mu/m), are generally limited to a few milliwatts of output power. The conventional VCSEL structure incorporates a built-in positive-index waveguide, designed to support a single fundamental mode. Promising results in the 3-5 mW range (/spl lambda/=0.85 /spl mu/m) have been obtained from wet-oxidized, positive-index-guided VCSELs with small emission apertures (less than 3.5 /spl mu/m-dia). The small aperture size leads to a high electrical resistance and high current density, which can impact device reliability. By contrast, antiguided VCSEL structures have shown promise for achieving larger aperture single-mode operation. To obtain high single-mode powers with a larger emitting aperture, the use of a negative-index guide (antiguide) is beneficial. This paper discusses antiguided structures and some of their advantages when incorporated in 2-D VCSEL array structures.     

Single fundamental mode photonic crystal vertical cavity laser with improved output power

The single fundamental mode output power of photonic crystal vertical cavity lasers is improved by varying sizes of oxide apertures and defect lasing apertures. A maximum output power of 3.1 mW in the fundamental mode has been achieved with a new fabrication process that involves only focused ion beam etching to create holes in selectively oxidised VCSELs.     

Terahertz 2-D Photonic Crystal Waveguides

A 2-D photonic crystal waveguide with strong passbands in the THz frequency range is demonstrated. The 2-D metallic photonic crystal waveguide structure is bounded by parallel metal plates in the vertical direction and by a square lattice of metallized cylinders on the horizontal axis. The attenuation of the photonic crystal waveguide is experimentally determined and compared to the fundamental mode of a comparably sized rectangular waveguide. The measured dispersion characteristics of the waveguide are discussed, and the output is compared to a finite-difference time-domain simulation.     

Micro-fluidic photonic crystal vertical cavity surface emitting laser

The first monolithic micro-fluidic photonic crystal vertical cavity surface emitting laser (VCSEL), wherein the horizontal and vertical micro-fluidic channels lie within the VCSEL, is reported. The micro-fluidic photonic crystal VCSEL is created with two principal steps after fabrication of the VCSEL. The first step is integrating the two-dimensional photonic crystal with the VCSEL structure. The photonic crystal creates singlemode operation, and acts as the vertical micro-channels. After creating the photonic crystal pattern in the VCSEL, the oxide layer is selectively wet etched to form the horizontal channel. Preliminary results obtained from the introduction of fluid into the micro-channels are presented.     

椭圆孔微纤芯光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种在纤芯引入四个近矩形排列的椭圆空气孔,包层空气孔呈阶梯结构的高双折射光子晶体光纤,采用全矢量有限元方法,对光纤基模的模场分布、双折射、色散、限制损耗、有效模面积及非线性系数等特性进行了数值模拟.这种设计为获得高双折射光子晶体光纤提供了一种新的方法,为改善光子晶体光纤其他性能(如色散、非线性特性)提供了一种新的...