二维光子晶体对耦合波导激光器侧模的调制研究

利用光子晶体的自准直效应来调制耦合波导激光器的侧模,并用时域有限差分（FDTD）方法对五通道和九通道耦合波导激光器进行仿真,成功改变了模式的传播方向,使得相邻光场之间的相位差从兀变为零。在两种耦合波导结构中分别获得了远场发散角为12°和7°的单峰,既兼顾了激光器的稳定性,又得到了高质量的光束。     

微腔旋转对耦合腔光波导群速度的影响

本文利用多重散射方法和时域有限差分方法,理论研究了微腔旋转对二维正方晶格光子晶体耦合腔光波导群速度的影响.研究结果表明,通过旋转微腔可以造成传播模的模式分裂,从而实现群速度的降低.当微腔旋转角度为45°时,传播模的群速度最小,两个传播模的群速度分别达到了0.0016倍和0.0009倍于真空光速,与微腔未旋转时相比降低了一个数量级.上述两种传播模群速度的差别是由传播模的空间对称性决定的. 关键词： 二维光子晶体 耦合腔光波导 群速度     

Large spot size and low-divergence angle operation of 917-nm edge-emitting semiconductor laser with an asymmetric waveguide structure

GaInAs/AlGaAs comprehensive-strained three-quantum-well lasers with asymmetric waveguide are designed and optimized. With this design, the optical field in the transverse direction is extended, and a semiconductor laser with large spot is obtained. For a 300-μm cavity length and 100-μm aperture device under continuous wave (CW) operation, the measured vertical and horizontal far-field divergence angles are 12.2° and 3.0°, respectively. The slope efficiency is 0.44 W/A and the lasing wavelength is 917 nm.The equivalent transverse spot size is 3 μm for the fundamental transverse mode, which is a sufficiently large value for the purpose of coupling and manipulation of light.     

光子晶体调制半导体激光器侧模

为了实现半导体激光器的单侧模稳定工作,提出了一种在激光器的脊条两侧引入光子晶体结构滤除半导体激光器高阶侧模的方法。通过调整激光器上表面的刻蚀深度、光子晶体区域的条宽和间隔来改变激光器内部的模场分布,同时结合选择性的载流子注入来增强基模的激射优势,进而减少侧模的数量。实验上制作了主脊条宽度为6 m,光子晶体周期5 m,波长1 550 nm的半导体激光器。测试结果表明:在连续工作的情况下,电流300 mA的时候,高阶侧模受到抑制,水平发散角变为10.2,证实了光子晶体结构调制激光器侧模的可行性。     

椭圆氧化孔径垂直腔面发射激光器的偏振特性

为了改善用于铷原子钟的795 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）的偏振稳定性,研究了不同氧化孔径和椭圆度对VCSEL偏振性能的影响。利用COMSOL Multiphysics的波动光学频域模块模拟了不同氧化孔径对有源区谐振光强的影响。结果表明,当氧化孔径为3.5～4.0μm时,有源区的谐振强度最高。采用可实时观察的湿法氧化系统,研究了氧化温度对氧化速率和氧化孔椭圆度的影响。随着注入电流的增加,三种不同椭圆氧化孔的VCSEL表现出不同的模式特性、偏振特性和偏振角旋转特性。测试结果表明,带有长轴径为3.7μm、椭圆度为1.7的椭圆氧化孔的VCSEL性能最佳。在85℃下,当注入电流为1.5 mA时,输出功率为0.86 mW,激光波长为795.4 nm,边模抑制比（SMSR）为43 dB,线宽为65 MHz,正交偏振抑制比（OPSR）为23.8 dB。在0.6～2.7 mA的范围内,VCSEL的主偏振方向保持不变。     

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。     

金属嵌入对三角晶格耦合腔光波导群速度的影响

利用多重散射法和时域有限差分法理论,研究了二维三角晶格光子晶体耦合腔光波导的传输特性.理论模拟结果表明,在耦合腔光波导中嵌入半径很小的理想金属丝,能有效地减弱相邻点缺陷之间的耦合强度,实现了比真空中光速小三个数量级的群速度.     

波导激光器的研究进展与展望

首先综述了气体波导激光器、空芯光纤气体激光器和固态波导激光器的发展史,然后分别介绍两类激光器的工作原理,最后根据两类激光器的发展现状对未来的研究进行了展望和分析。     

高功率1060 nm垂直腔面发射激光器

为了提高1060 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）的性能,本文对大功率1060 nm VCSEL进行了理论模拟和实验研究。计算得到红移速度为0.40 nm/K,据此确定增益和腔模失配量为-20 nm。对比分析了6种不同InGaAs组分和厚度的量子阱,以及3种不同势垒材料的增益特性和输出特性,模拟结果表明,应变补偿的InGaAs/GaAsP量子阱有源区在温度稳定性、阈值电流以及功率方面更有优势。对P型分布式布拉格反射镜（DBR）进行优化设计,优化DBR渐变层厚度和对数,有助于获得更好的输出特性。采用金属有机化学气相沉积生长了InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构的VCSEL外延片,并制备了单管和阵列VCSEL,实验数据和理论分析基本吻合。实验测得,288单元VCSEL阵列在4.5 A电流下,连续输出功率为2.62 W,最高电光转换效率为36.8%,5 mm×5 mm VCSEL阵列准连续条件下（脉宽为100μs,占空比为1%）,且在100 A电流下,获得峰值功率为53.4 W。