表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列的热特性

液晶与垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)阵列结合可实现波长可调谐、偏振精确控制等,同时液晶的引入也会改变垂直腔面发射半导体激光器阵列的热特性,本文设计了表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列结构,并开展了阵列的热特性实验研究.对比分析了向列相液晶层对VCSEL阵列热特性的影响,实验结果表明,1×1,2×2,3×3三种表面液晶-VCSEL阵列的阈值电流温度变化率最高可降低23.6%,热阻降低26.75%;同时,激光器阵列各发光单元之间的温度均匀性显著提高,出光孔与周围温差小于0.5℃.综上所述,VCSEL阵列中液晶层的引入不仅大大加速激光器阵列单元热量扩散,而且降低了有源区结温,提高了VCSELs激光器阵列热特性,为实现高光束质量的单偏振波长可控VCSEL激光器阵列打下了良好的理论和实验基础.     

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。     

内腔亚波长光栅液晶可调谐垂直腔面发射激光器

随着信息技术的快速发展,可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)逐渐成为密集波分复用通信技术(DWDM)中的重要光源.通过利用液晶(LC)的双折射特性所实现的液晶可调谐VCSEL具有偏振稳定、可靠性高、连续波长调谐等优点.本文设计了一种基于内腔亚波长光栅的液晶可调谐VCSEL结构,并对液晶层和亚波长光栅对VCSEL波长调谐特性的影响进行了详细分析与研究.结果表明,可调谐VCSEL结构中液晶层厚度不仅影响波长调谐范围,同时决定了 VCSEL激光器调谐过程中模式跳变.此外,通过对亚波长光栅结构设计,形成了有效的折射率减反层,优化液晶层与半导体层界面折射率差,进一步的提高波长调谐范围和调谐效率.当中心波长为980 nm时,调谐范围提升了 42%,达到41 nm,波长调谐效率提升41%.为实现高光束质量、连续稳定波长调谐的VCSEL激光器提供了一种新的设计方法.     

氧化光栅型垂直腔面发射激光器的研究

通过分析矩形出光孔径和亚波长金属光栅结构,发现大孔径高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的偏振控制的难点在于横模非常复杂。因此提出一种新型的氧化光栅型VCSEL结构,不仅能够很好地在有源区内引入各项异性的增益结构,并且最大的优势还在于能够完美地控制大孔径VCSEL的横模。通过有限元软件对器件有源区的电流分布进行了模拟,发现当光栅脊的宽度为1.8 μm时,载流子在光栅两端聚集的现象基本上可以消除,而且其电流密度分布差可以达到很高。     

AlInGaAs/AlGaAs垂直腔面发射激光器温度特性的对比研究

通过测量、对比材料生长和器件制备条件基本相似，但是谐振腔腔模波长与增益峰值波长相对位置明显不同的两类氧化物限制型应变AlInGaAs/AlGaAs量子阱垂直腔面发射激光器(VCSEL)在261—369K温度范围内输出光功率-电流的变温曲线，同时结合测试得到的两类样品的白光反射谱、光荧光谱以及模拟计算得到的不同温度下VCSEL反射谱和增益谱，分析了输出光功率、阈值电流、斜率效率和激射波长随温度变化的关系，掌握了新材料AlInGaAs的温度特性，得到了谐振腔腔模波长和增益峰值波长的相对位置对VCSEL输出特性，尤其是对阈值的影响规律，指出获得室温工作阈值最低且稳定的VCSEL的一个方法是调整谐振腔腔模波长和增益峰值波长的相对位置，并利用这种方法获得了特征温度T₀=333K的AlInGaAs/AlGaAs量子阱VCSEL器件. 关键词： AlInGaAs 垂直腔面发射激光器 特征温度     

垂直腔面发射激光器热特性的实验研究

本文通过对垂直腔面发射激光器发光波长随器件本身温度变化的实验研究,得到了我们研制的垂直腔面发射激光器在连续工作状态下内部温度升高的值,并且通过对激光器脉冲激射阈值随器件本身温度变化的关系研究,得到了我们现有工艺条件下,研制低阈置器件所需的实验数据.     

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。     

半导体垂直腔面发射激光器的微腔效应

应用腔量子电动力学和半导体物理学讨论了半导体垂直腔面发射激光器的微腔效应,得到了实际腔结构和注入载流子下的半导体生趣腔面发射激光器的自发发射谱,计算结果表明,半导体分布布拉格反射垂直腔激光器的单方向自发发射可以境强约２００倍。     

垂直腔面发射激光器中顶层相位对模式特性的影响

研究了垂直腔面发射激光器中不同的顶层厚度对激光器模式特性的影响。结果表明空气界面反射与分布布拉格反射器（ＤＢＲ）的反射率反相时,将导致阈值增益增加几倍,而且模式光场强度在出射端面有反常的增强,但对光场进入分布布拉格反射器的等效厚度影响不大。精确腐蚀顶层厚度可供替调节分布布拉格反射器周期数,以改善器件特性。     

液晶衍射现象的实验研究

研究了液晶光学器件的衍射现象,实验表明,在一定的电压区间,出射光会出现周期性结构的衍射图样,探讨了这种衍射与液晶结构之间的关系以及各衍射光斑的偏振特性.     

A biaxial nematic liquid crystal

We report a biaxial nematic liquid crystal in a simple thermotropic system.     

向列相液晶染料可调谐激光器的研究

对向列相液晶染料的可调谐激光器进行了光学特性研究. 以650 nm为中 心波长设计了SiO₂和TiO₂多层膜的一维光子晶体, 以激光染料与向列相液晶的混合物作为增益介质层, 制备了波长可调谐激光器.用Nd: YAG倍频脉冲激光器输出的532 nm激光抽运所制备的激光器样品得出如下光学特性: 激光发射波长随温度调谐范围为605.5---639.8 nm, 达到34.3 nm, 随电压调谐范围为634.5---619.5 nm, 达到15 nm. 发射激光每脉冲的阈值能量为12.3 μJ, 激光线宽小于1 nm.     

双轴性向列相液晶的相变理论

假设一双轴性向列相液晶分子简单相互作用模型，利用平均场理论，得到从各向同性相至单轴向列相、单轴向列相至双轴向列相的相变. 结果表明，在一定温度范围内，分子形状的非轴对称性可导致系统双轴向列相的产生. 在核磁共振实验中，导出双轴向列相序参数与谱线分裂频率间的一般关系，并讨论序参数测量性的可能性. 关键词： 向列相液晶 相变     

Magneto-optical effect of TEB30A liquid crystal doped with thulium oxides

The influences of an external magnetic field on the optical properties of the TEB30A nematic liquid crystal doped with thulium oxides （Gd203, Dy203, Nd203, Y203, and Sm203） are studied. It is shown that a magnetic field applied parallelly to the sample cell surface leads to the rotational orientation of mesogenes. All samples except for the sample doped with Sm203 nanoparticles undergo structural deformations. The behavior of the TEB30A/Sm203 differs from those of the TEB30A liquid crystal doped with other four nanoparticles. The presence of Sm203 nanoparticles in the TEB30A liquid crystal does not cause the structural deformation of the liquid crystal matrix. At the same time, the anchoring type of the liquid crystal molecules on the nanoparticle surface is different. The director n is parallel to the magnetic moment/~ in the TEB30A/Sm203, and inclined to the magnetic moment/~ in the TEB30A/Nd203, and perpendicular to the magnetic moment/~ in each of TEB30A/Gd203, TEB30A/Dy203, and TEB30A/Y203. Besides, the dependence of the structural deformation on the critical magnetic field for the TEB30A is obtained.     

铁电液晶螺旋结构的理论近似研究

由铁电液晶（FLC）手性近晶C相下螺旋结构的理论近似计算得出FLC一个螺距内平均折射率的表达式,根据表达式可得出一个螺距内的FLC分子作为一个整体可以看成一个向列相液晶分子模型的结论.当FLC沿螺旋轴方向的厚度等于FLC螺距的整数倍时,液晶盒内垂直取向的FLC分子可看作向列相液晶模型组成的集合.ZLI-3654型FLC与5CB型向列相液晶的实验结果验证了上述结论,理论结果和实验结果一致.这一理论可为畸变螺旋FLC和垂直排列畸变螺旋FLC器件的制备以及FLC的应用提供理论指导和更深的认识. 关键词： 铁电液晶 螺距 平均折射率 向列相液晶     

Genetic optimization of modulation characteristics for two twisted nematic liquid crystal spatial light modulators

A single twisted nematic liquid crystal spatial light modulator may suffer from coupled amplitude modulation and a phase modulation capability of less than 2, although almost all panels can achieve . Two twisted nematic liquid crystal panels can be combined in an optical system to produce a total phase modulation of at least 2, and a minimal coupled amplitude modulation. A genetic algorithm is used to optimize the combined modulation characteristics of two liquid crystal panels in a multiplicative architecture. Simulation results and experimental verification are presented which show a substantial reduction in the combined amplitude modulation, and a total phase modulation of 2.     

扭曲向列相液晶电光效应的研究

分析了扭曲向列相液晶的电光效应.采用溴钨灯作为光源,运用光栅单色仪选择380~1 100 nm波段的光进行照射,测量在0~8 V电压条件下扭曲向列相液晶对于不同波长入射光的透射率.     

混合排列向列液晶盒的电光响应

本文考察了一组混合排列向列液晶盒的电光响应特性,重点研究了透射光强随外电压的变化及响应时间与外电场的关系,计算了作为外电压及开启时间函数的双折射。应用液晶的线性响应理论分析了实验结果,理论与实验基本相符。结论指出:适当改变液晶器件的结构,有可能使响应时间加快。     

Applications of liquid crystal polymers

The science and technology of liquid crystal polymers is selectively reviewed with an emphasis on those aspects key to successful commercial utility. The importance of the low viscosity demonstrated by nematic polymers under commercial processing conditions, coupled with the low volume change on cooling and high thermal stability associated with these nematogens, is identified as the major factor behind the success of the thermotropic copolyester as a high-performance molding resin. The developing area of side-chain liquid crystal polymers as electro-optical media is discussed, stressing the importance of combining function and processibility for ultimate commercial viability. Potential markets and projected commercial growth rates are discussed from the point of view of the enabling science needed to successfully define and implement new commercial applications for liquid crystal polymers.