基于亚波长金属光栅的980 nm 高功率垂直腔面发射激光器偏振控制

利用制作在P-DBRs表面的亚波长金属光栅, 在980 nm高功率底发射垂直腔面发射激光器有源区引入各向异性增益,达到了偏振控制的目的。本光栅基于等效介质理论和抗反射理论设计而成,光栅周期为186 nm,占空比为0.5。通过多物理场有限元分析软件对所设计的光栅进行了模拟分析,结果基本上符合设计要求。通过优化工艺步骤得到了较好的实验结果,550 μm孔径的VCSEL在正交方向上的偏振比为3,输出功率达到870 mW。     

亚波长光栅调制的偏振稳定垂直腔面发射激光器研究

基于微光学技术设计得到了偏振稳定垂直腔面发射激光器结构, 将亚波长光栅结构集成在上分布布拉格反射镜表面, 光栅周期小于材料中光波长, 透射波和反射波中仅包含零级衍射, 避免了高级次衍射造成 的损耗. 集成光栅后不同偏振方向光阈值增益不同, 从而实现偏振控制. 实验结 果显示, 集成亚波长光栅结构后, 整个激射过程中偏振方向被固定在平行于光栅槽方向上, 获得偏振稳定激光输出, 正交偏振抑制比大于12 dB, 且阈值电流仅增大7.14%.     

利用亚波长矩形金属光栅稳定980nm高功率垂直腔面发射激光器偏振

利用亚波长矩形金属光栅的偏振特性,在垂直腔面发射激光器的有源区引入各向异性增益从而达到控制其偏振的目的.光栅参数设计基于均匀介质理论和抗反射理论,光栅设计周期为186 nm,占空比为0.5,并且光栅制作于GaAs盖层来对TE偏振光提供额外的反射率.经过设计分析对p-DBRs的对数进行了缩减,并且将光栅条之间的盖层区域刻蚀掉,刻蚀深度为1 μm左右.盖层刻蚀的结果使电流注入的方向严格沿着光栅条线性注入的有源区,从而增加了非均匀增益并提高了偏振比.通过多物理场有限元分析软件对器件进行了模拟分析,结果基本上符合设计要求.通过优化工艺步骤,最终得到了550 μm孔径器件的输出功率为780 mW,并且偏振比达到4.8的结果.     

利用亚波长矩形金属光栅稳定980nm高功率垂直腔面发射激光器偏振（英文）

利用亚波长矩形金属光栅的偏振特性,在垂直腔面发射激光器的有源区引入各向异性增益从而达到控制其偏振的目的。光栅参数设计基于均匀介质理论和抗反射理论,光栅设计周期为186 nm,占空比为0.5,并且光栅制作于GaAs盖层来对TE偏振光提供额外的反射率。经过设计分析对p-DBRs的对数进行了缩减,并且将光栅条之间的盖层区域刻蚀掉,刻蚀深度为1μm左右。盖层刻蚀的结果使电流注入的方向严格沿着光栅条线性注入的有源区,从而增加了非均匀增益并提高了偏振比。通过多物理场有限元分析软件对器件进行了模拟分析,结果基本上符合设计要求。通过优化工艺步骤,最终得到了550μm孔径器件的输出功率为780 mW,并且偏振比达到4.8的结果。     

980 nm大功率垂直腔面发射激光器偏振特性

大功率垂直腔面发射激光器单管器件出光口径大、横向模式多。随着注入电流和工作温度的改变出射光偏振态在两个正交偏振基态上转换。为分析输出光偏振特性,采用500μm出光口径980nm底发射器件,通过控制器件热沉温度,利用偏振分光镜分离正交偏振基态为透射波和反射波,半导体综合参数测试仪测量其功率、中心波长等参量。分析得出:两个偏振态的光功率温度特性与未加偏振分光镜时的总输出光的温度特性基本一致,中心波长差随温度升高缓慢增加。在温度低于328K时,随着注入电流的增大,反射波首先达到阈值,形成激射。但透射光波形成激射后其斜效率大于反射波。因此在达到某个电流后两个偏振态的功率变化曲线出现交替。当温度升高到328K以上时两个偏振态的功率曲线却没有明显的交替。根据对大尺寸VCSEL器件偏振特性的研究,提出通过外腔选频的方法来控制偏振的方案,分析计算后得出外腔腔长大约为0.45mm。     

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

在湿法氧化过程中采用一种自制的新型红外光源显微镜和CCD相机俯视成像系统监测被氧化晶圆片上氧化标记点颜色的变化,通过CCD相机得到的氧化标记点尺寸大小与实际氧化标记点尺寸大小的比例计算,由氧化标记点变化颜色的尺寸大小获得实际晶圆被氧化尺寸大小,反馈调节氧化工艺,保证控制垂直腔面发射激光器（VCSELs）的氧化孔径精度在±1 μm。根据氧化实验总结高Al组分含量对氧化孔形状影响、氧化速率随温度变化及氧化深度随时间变化规律,得到在炉温420℃、水浴温度90℃、氧化载气N₂流量200 mL/min的工艺条件下,氧化速率为0.31 μm/min,实现量产高速调制4×25 Gbit/s的850 nm VCSELs。室温条件下,各子单元器件工作电压为2.2 V,阈值电流为0.8 mA,斜效率为0.8 W/A。在6 mA工作电流下,光功率为4.6 mW。     

垂直腔面发射半导体微腔激光器

评述了垂直腔面发射半导体激光器研究的最新进展,就其结构特点、应变量子阱结构、超晶格镜面和微腔效应作了简要的论述,探讨了进一步降低半导体激光器阈值的途径,介绍了新型的氧化约束型垂直腔面发射半导体激光器,并对微腔激光器中自发辐射增强效应和三维封闭腔的特性给出了描述,同时展望了该器件的应用及发展前景。     

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

为实现对垂直腔面发射半导体激光器氧化孔径的精确控制,提高其光电特性,对湿法氧化工艺进行了实验研究.在不同的氧化温度下,对相同结构的垂直腔面发射半导体激光器模拟片进行湿法氧化.采用X射线能谱分析仪,对氧化后模拟片的氧化层按不同的氧化深度对其氧化生成物进行检测.依据氧化生成物中氧元素组分浓度的变化,对氧化过程进行了分析与讨论,推导出在一定的温度下,氧化速率随时间变化的一般规律.提出了在垂直腔面发射半导体激光器的湿法氧化工艺过程中,适当降低氧化温度,延长氧化时间,可减小氧化限制孔径的控制误差,提高氧化工艺的准确性与稳定性.     

表面液晶-垂直腔面发射激光器温度特性的研究

本文利用向列相液晶层作为激光偏振调控单元,涂覆于垂直腔面发射激光器（VCSEL）表面,测量并分析了不同温度下VCSEL正交线偏振光的阈值电流、峰值光功率和I-P特性. 实验结果表明：温度为293 K时,涂覆液晶后激光偏振第一跳变点和第二跳变点之间的电流值ΔI增大了2.2 mA,比无液晶时增大1倍. 温度为313 K、注入电流为3 mA时,两种正交线偏振光的光功率差ΔP由133.6 μW增大到248.8 μW,进一步增加了线偏振光的各向异性. 表面液晶层的引入有效地扩大了VCSEL的正交线偏振态稳定范围和光功率差,为实现液晶VCSEL高温单偏振稳定的设计和器件制备提供了理论和实验基础. 关键词： 垂直腔面发射激光器 向列相液晶 偏振态     

垂直腔面发射激光器研究进展

垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)是40多年前被发明的,具有很多独特的优势,例如尺寸小、功耗低、效率高、寿命长、圆形光束以及二维面阵集成等。近年来,VCSEL市场发展迅速,在5G通信、光信息存储、3D传感、激光雷达、材料加工以及激光显示等领域被广泛应用。针对不同的应用需求,VCSEL的功率、速率、能效、高温性能以及波长的多样性等性能都有了长足的进步。本文首先介绍了VCSEL的研究历程和优点特性;综述了VCSEL在高功率、高速、高温下工作等方面的研究进展和应用现状;最后对VCSEL的最新应用做了介绍,展望了VCSEL的市场。     

Vertical－cavity Surface－emitting Lasers Fabricated Twice by Implantation Using TungstenWireasMaskandZincDiffusion

Ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒｓＦａｂｒｉｃａｔｅｄＴｗｉｃｅｂｙＩｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎＵｓｉｎｇＴｕｎｇｓｔｅｎＷｉｒｅａｓＭａｓｋａｎｄＺｉｎｃＤｉｆｆｕｓｉｏｎ￥ＪＩＡＮＧＸｉｕｙｉｎｇ；ＤＵＧｕｏｔ...     

大功率垂直腔面发射激光器的相干性测量与分析

通过有机化学气象沉积(MOCVD)技术在n型GaAs衬底上生长制作了发射波长为850nm的VCSELs4×4列阵器件,介绍了VCSELs的制作工艺流程.对器件进行了相干性测量,计算了干涉条纹可见度,分析了影响干涉条纹可见度的因素.     

小发散角垂直腔面发射激光器的设计与制作

针对垂直腔面发射激光器单管及列阵器件较大的远场发散角,对大直径单管器件及列阵单元器件的有源区中的电流密度分布进行了模拟计算,分析了器件高阶横模产生的原因.分别采用优化p面电极直径和镀制额外金层结构来抑制单管及列阵器件远场光斑中的高阶边模,所制作的氧化孔径为600 μm的单管器件的远场发散角半角宽度从30°降低到15°;...     

基于PAM4制的高速垂直腔面发射激光器研究进展

短距离光互联技术在云计算、5G通信、物联网技术等方面有重要的商业应用价值。基于高速垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)与多模光纤组成链路、采用直接调制检测、并使用如四电平脉冲幅度调制(Four-level pulse amplitude modulation,PAM4)等的高阶调制模式是现阶段短距离光互联链路方案的首选。本文首先介绍了短距离光互联应用的研究现状;第二部分介绍了VCSEL的发展、结构以及动态参数;第三部分介绍了PAM4调制方法及伴随使用的各种电子技术(均衡,前向纠错,脉冲整形);第四部分介绍了提高单链路速率的波分复用(Wavelength division multiplexing,WDM)技术;最后对以高速VCSEL、多模光纤、直接调制检测、PAM4调制以及波分复用技术的短距离光互联方案应用前景做了总结和展望。     

矩形结构垂直腔顶发射激光器的偏振特性

为了获得高功率的偏振激光,对矩形结构的980 nm大口径顶发射垂直腔面发射激光器(VCSEL)进行了研究.实验结果显示,对于400 μm×80μm出光口径的矩形VCSEL器件,在工作电流内,水平偏振光和竖直偏振光共同存在,并且水平偏振光一直占据主导地位;而且水平偏振光的光谱相对于竖直偏振光有蓝移.这些现象和理论模型的分...     

高功率InGaAs量子阱垂直腔面发射激光器的研制

采用AlAs氧化物限制工艺实验制备了衬底出光的高功率大出光窗口（直径为300 μm）InGaAs/GaAs量子阱垂直腔面发射半导体激光器,实现了器件室温准连续工作（脉冲宽度为50 μs,重复频率为1000 Hz）,并对器件的伏安特性、光输出特性、发射光谱,以及器件的远场发射特性等进行了实验测试.器件阈值电流为460mA,器件的最大光输出功率为100mW,发射波长为978.6nm, 光谱半功率全宽度为1.0 nm,远场发散角小于10°,垂直方向的发散角θ_⊥为8°,水平方向的发散角θ_∥为9°,基本为圆形对称光束.     

Structure Optimisation of a Possible 1.5-μm GaAs-based Vertical-cavity Surface-emitting Laser Diode with the GaInNAsSb/GaNAs Quantum-well Active Region

Structure optimisation of the GaAs-based GaInNAsSb/GaNAs quantum-well (QW) vertical-cavity surface-emitting diode lasers (VCSELs) has been carried out using the comprehensive three-dimensional self-consistent physical model of their room-temperature (RT) continuous-wave (CW) threshold operation. The model has been applied to investigate a possibility to use these devices as carrier-wave lasing sources in the third-generation optical-fibre communication. In this simulation, all physical (optical, electrical, thermal and gain) phenomena crucial for a laser operation including all important interactions between them are taken into consideration. As expected, the 1.5λ-cavity VCSEL has been found to demonstrate the lowest RT CW threshold. However, for many VCSEL applications, the analogous VCSEL equipped with a longer 3λ-cavity should be recommended because it exhibits only slightly higher threshold but manifest much better mode selectivity – the desired single-fundamental-mode operation has been preserved in these devices up to at least 380 K. The Auger recombination has been found to be decidedly the main reason of the threshold current increase at higher temperatures. A proper initial red detuning of the resonator wavelength with respect to the gain spectrum may drastically decrease CW lasing thresholds, especially at higher temperatures.     

Polarization switching and synchronization of mutually coupled vertical-cavity surface-emitting semiconductor lasers

Polarization switching (PS) dynamics and synchronization performances of two mutually coupled vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) are studied theoretically in this paper. A group of dimensionless rate equations is derived to describe our model. While analysing the PS characteristics, we focus on the effects of coupling rate and frequency detuning regarding different mutual injection types. The results indicate that the x-mode injection defers the occurrence of PS, while the y-mode injection leads the PS to occur at a lower current. Strong enough polarization-selective injection can suppress the PS. Moreover, if frequency detuning is considered, the effects of polarization-selective mutual injection will be weakened. To evaluate the synchronization performance, the correlation coefficients and output dynamics of VCSELs with both pure mode and mixed mode polarizations are given. It is found that performance of complete synchronization is sensitive to the frequency mismatch but it is little affected by mixed mode polarizations, which is opposite to the case of injection-locking synchronization.