光子晶體垂直腔面發(fā)射激光器的研究.pdf

1、垂直腔表面發(fā)射激光器(Vertical-cavity surface-emitting lasers,VCSEL)于1977年被提出,經(jīng)過30多年的研究,其性能已經(jīng)得到了很大的提高。具有眾多優(yōu)點(diǎn)的器件就應(yīng)該得到盡可能多的研究和應(yīng)用,因此垂直腔面發(fā)射激光器的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地?cái)U(kuò)大,對(duì)其性能的要求也是越來(lái)越高。然而,在研制新用途器件的過程中遇到了傳統(tǒng)方法不易解決的問題,需要尋找新的途徑。
　　 1987年,光子晶體的概念被提出。光子

2、晶體是由不同介電常數(shù)(或張量)的材料在空間周期(或準(zhǔn)周期)分布而形成,對(duì)光的傳播具有很強(qiáng)的控制能力。光子晶體具有很多光學(xué)性質(zhì),其中最基本的是能夠產(chǎn)生光子帶隙。當(dāng)光在光子晶體中傳播時(shí),會(huì)被周期性分布的介電材料強(qiáng)散射而發(fā)生干涉,就有可能會(huì)形成光子帶隙,這是一電磁波頻段,處于其中的光便無(wú)法在該光子晶體中傳播。光子晶體更實(shí)際的應(yīng)用是在完整的光子晶體結(jié)構(gòu)中引入缺陷,在光子帶隙中形成缺陷模,通過合理地設(shè)計(jì)光子晶體及其缺陷的結(jié)構(gòu),能夠?qū)庾舆M(jìn)行更有效

3、的控制。將帶有缺陷的光子晶體引入垂直腔面發(fā)射激光器中,為垂直腔面發(fā)射激光器的設(shè)計(jì)提供了新的途徑。
　　 本文首先利用時(shí)域有限差分方法,對(duì)引入垂直腔面發(fā)射激光器中的二維空氣孔型的三角結(jié)構(gòu)光子晶體的帶隙進(jìn)行了計(jì)算和分析,確定了光子晶體的基本結(jié)構(gòu)。對(duì)于光子晶體垂直腔面發(fā)射激光器的研究,本文是從兩個(gè)方面進(jìn)行的:一是光子晶體結(jié)構(gòu)對(duì)激光模式的控制;另外一個(gè)方面是光子晶體的引入對(duì)激光閾值的影響。文中采用光子晶體光纖單橫模理論,分析了光子晶體垂

4、直腔面發(fā)射激光器單橫模激發(fā)的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)要求。然后根據(jù)完全帶隙的計(jì)算結(jié)果,優(yōu)化了光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù),實(shí)現(xiàn)了單橫模激射。在激光閾值方面,本文首先分析了影響激光閾值的各個(gè)因素,然后在傳統(tǒng)垂直腔面發(fā)射激光器中引入光子晶體,從載流子數(shù)面密度和光子數(shù)面密度的速率方程出發(fā),分析了光子晶體結(jié)構(gòu)的不同參數(shù)對(duì)各個(gè)因素的影響,建立了微腔Q值與激光閾值的關(guān)系。
　　 論文在垂直腔面發(fā)射激光器中引入的光子晶體實(shí)現(xiàn)了器件的單橫模激射,同時(shí)分析得出光子晶體結(jié)