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。     

光子晶体垂直腔面发射激光器特性研究

本文介绍了光子晶体垂直腔面发射激光器的制备工艺、工作原理、基本特性和研究进展,重点评述了光子晶体垂直腔面发射激光器的优良特性及应用前景.我们认为光子晶体垂直腔面发射激光器是一种新型的半导体激光器,它具有大出光孔径、较高的出光功率、稳定的单模、多芯传输等特点,而且具有优良的热特性和高速调谐特性,可在二维光信息处理的GaAs基近红外波段激光器、面阵集成等方面具有很大的应用潜力.     

微腔效应对于1.3μm量子点光子晶体纳腔激光器调制响应的影响

微腔效应可以提高自发辐射速率,从而起到有效的改善响应调制速率的作用。然而,对于1.3 μm GaAs/InAs量子点光子晶体激光器而言,调制速率还会受到复杂的载流子动力学以及更近的空穴能级间隔的影响。因此本文中我们基于全路径载流子弛豫动力学方程,计算并讨论了腔品质因子（Q）对于阈值和响应调制特性的影响。计算结果表明,高的Q值能够明显改善量子点光子晶体激光器的阈值,但是同时快速增长的光子寿命会导致调制带宽的恶化。所以,存在一个优化的Q值（2500）可以获得超过100GHz的调制带宽,而当Q值为7000时,对应的能量传输损耗最低。因此,在量子点光子晶体纳腔激光器的设计中,更全面的考虑各方面的因素对器件的性能的影响,对于获得高速调制低功耗的量子点激光器器件是十分有意义的。     

超低阈值横向腔光子晶体面发射激光器

首次在无DBR结构的商业外延波导晶片上实现了电泵横向腔光子晶体面发射激光器(LC-PCSEL)。深孔刻蚀技术使光子晶体深达2.6μm,穿透有源区,对有源区的模式直接调制。通过较小区域的光子晶体与FP腔的融合集成,利用带边模式Γ2-1的横向振荡垂直输出特性,室温下获得了1553.8 nm的面发射激光,线宽0.4 nm。超低阈值电流密度为667 A/cm2,纵向和横向的远场发散角分别为7.5°和5.5°。LC-PCSEL的设计为电注入面发射激光器的研制提供了新的思路,为该类激光器的批量生产提供了可能。     

光子晶体垂直腔型表面发射和接收光电子器件

介绍了制作光子晶体垂直腔面发射激光器实验研究的主要内容,包括材料的光谱测试分析、氧化工艺以及制作光子晶体等,成功制作了波长在980nm附近的光子晶体垂直腔面发射激光器.在此基础上,采用高精度湿法腐蚀和感应耦合等离子体干法刻蚀技术,研究制作了基于垂直腔面发射激光器外延材料的光子晶体谐振腔增强型探测器.     

光子晶体垂直腔型表面发射和接收光电子器件

介绍了制作光子晶体垂直腔面发射激光器实验研究的主要内容,包括材料的光谱测试分析、氧化工艺以及制作光子晶体等,成功制作了波长在980nm附近的光子晶体垂直腔面发射激光器.在此基础上,采用高精度湿法腐蚀和感应耦合等离子体干法刻蚀技术,研究制作了基于垂直腔面发射激光器外延材料的光子晶体谐振腔增强型探测器.     

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.     

量子点激光器瞬态响应及调制特性分析

基于二能级系统建立量子点激光器的载流子-光子速率方程模型,分析量子点激光器的瞬态响应和调制特性,获得其动态特性.同时分析了注入电流对量子点激光器输出光子密度的影响,随着注入电流的增大,激光器光电延迟时间缩短,弛豫过程缩短,弛豫振荡频率增大,且输出光子峰值和稳态功率增加,适当增加注入电流可拓宽量子点激光器调制带宽.通过小信号调制分析,发现量子点激光器上限调制频率比普通激光器高一个数量级,证明了其具有良好的高频调制特性.     

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。     

国内外光通信光源技术新进展

目前，光通信正在向高速、大容量、宽带宽、长距离、低成本方向迅速发展。光通信的关键器件——光源已取得很大进展，不仅第三代高速宽带的应变层量子阱激光器、垂直腔面发射激光器和光纤激光器取得重大进展，一些新型光源，如量子点激光器、量子级联激光器、光子晶体激光器和微碟激光器等也随着光通信应用的需求取得重大进展。     

带有光子晶体波导的微型随机激光器研究

文中采用有限时域差分(FDTD)法研究了ZnO随机介质与光子晶体波导相结合的微型激光器的辐射特性和频谱特性,用平面波展开法分析了光子晶体能带特性。数值研究结果表明:由于光与随机介质相互作用,使得光在该微型激光器中放大,损耗减小,存在较长滞留时间,同时随机介质局域光的能力变强,激光的阈值降低,而且含四方格子结构光子晶体的激光器具有良好的激光特性和调制作用。该新型器件的设计与研究将为研制可嵌入集成光子芯片的、低阈值的微型激光器提供理论基础。     

光子晶体面发射激光器阈值增益与输出光功率的研究

光子晶体面发射激光器(PCSELs)可实现大面积单模激射,且具有高功率、高光束质量等优点,在光通信、激光雷达、激光打印、激光显示和激光加工等领域具有广泛的应用前景.因此,分析了具有面内多向分布反馈效应光子晶体激光器的带边激射原理、阈值增益,并结合半导体激光器速率方程推导了PCSELs输出光功率的表达式,同时给出了提高P...     

微腔效应对于1.3μm量子点光子晶体纳腔激光器调制响应的影响（英文）

微腔效应可以提高自发辐射速率,从而起到有效的改善响应调制速率的作用.然而,对于1.3μm GaAs/InAs量子点光子晶体激光器而言,调制速率还会受到复杂的载流子动力学以及更近的空穴能级间隔的影响.因此基于全路径载流子弛豫动力学方程,计算并讨论了腔品质因子(Q)对于阈值和响应调制特性的影响.计算结果表明,高的Q值能够明显改善量子点光子晶体激光器的阈值,但是同时快速增长的光子寿命会导致调制带宽的恶化.所以,存在一个优化的Q值(2500)可以获得超过100 GHz的调制带宽,而当Q值为7 000时,对应的能量传输损耗最低.因此,在量子点光子晶体纳腔激光器的设计中,更全面的考虑各方面的因素对器件的性能的影响,对于获得高速调制低功耗的量子点激光器器件是十分有意义的.     

表面发射光子晶体激光器进展

光子晶体由于其优越特性而有极好的应用前景，表面发射光子晶体激光器是目前国际上的研究热点之一。在光通信等光电子领域中，需要具有大功率和单模衍射限圆形输出光束的表面发射（SE）半导体激光器。SE激光器是通过其极短的谐振腔结构控制波长，光输出垂直于或倾斜于衬底，     

光子晶体光纤激光器

结合光子晶体光纤简述了光子晶体光纤激光器的类型、结构及性能 ,介绍了光子晶体光纤激光器的研究进展和应用前景     

光子晶体使面发射量子级联激光器成为可能

将光子晶体共振腔内置到量子级联激光器中，美国的研究人员已开发出一种小型的面发射激光器。这种激光器将在化学传感、光谱分析及成像中具有潜在的应用。美国新泽西州默里希尔的贝尔试验室和帕萨迪纳州的加利福尼亚工学院的科研小组共同研制的中红外激光器可作为研究光子晶体及微腔作用的样机系统。     

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。     

表面发射光子晶体DFB激光器

光子晶体（PC）具有周期性折射率变化，并具有实现新型光器件的极大潜力，正受到广泛关注。本文介绍了PC基本原理与特性，并介绍了表面发射（SE）光子晶体分布反馈（DFB）半导体激光器的结构、最佳化设计、制作工艺和输出特性。     

狄拉克光子晶体在面发射激光器中的应用

光子晶体由于具有可设计、可调谐以及对光的超 常调控等优异性能,近年已成为重 要的光学拓扑态研究平台。狄拉克(Dirac)锥型线性色散的奇异特性可实现丰富的物理现 象,诸如Dirac振荡、拓扑边缘态、零折射率等,更是凝聚态拓扑现象的物理根源。本文重 点对近年Dirac光子晶体在面发射激光器中的应用进行了详细介绍,指出将Dirac光子晶 体引入到半导体激光器中,可 实现大面积超低阈值、高亮度、单纵模和单横模的拓扑腔面发射激光器(topological cavity surface emitting lasers,TCSELs),同时对基于Dirac光子晶体原理发展出的TCSELs进行了总结与展望。     

掺镱光子晶体光纤纤芯材料制备及光纤数值模拟

基于掺镱多组分玻璃光子晶体光纤具有较高的离子掺杂浓度和大的受激发射截面以及宽的发射带宽,同时能够允许更高的泵浦功率密度和工作温度,因此其非常适合于作为高功率光纤激光器的增益材料.通过对采用高温熔融法研制的一种掺镱硅酸盐光子晶体光纤新材料的物理性能及光谱性能进行的测试,其较大的受激发射截面和较长的荧光寿命的特性得以验证.以其作为光子晶体光纤的纤芯,设计出了纤芯为正六边形掺镱光子晶体光纤,并利用有限元理论等模拟软件对设计的光纤结构进行了数值模拟,实验研究和数值模拟结果均表明该材料非常适合作为光子晶体光纤的芯体材料.