基于速率方程的垂直腔面發(fā)射激光器數(shù)值模擬與特性研究.pdf

1、本論文的資助來源為：國家“863”高技術研究發(fā)展計劃(批準號：2003AA311070)和集成光電子學國家重點聯(lián)合實驗室開放課題。 垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種新型半導體激光器。它具有低閾值、單縱模、發(fā)散角小、調(diào)制帶寬大、便于二維集成等特點，在光通信、光互聯(lián)、光信息處理和光集成元件等方面有著廣泛的應用前景。近年來，對這種激光器的研究和應用有了很大進展。 本文充分考慮了激光器內(nèi)部各種物理過程之間的重要相互作用，建

2、立了VCSEL的溫度模型、模式模型，并在此基礎上研究了VCSEL的熱特性、調(diào)制特性以及空間燒孔、模式競爭等行為，最后還利用速率方程對耦合型VCSEL進行了初步的研究。具體內(nèi)容如下： (1)研究了VCSEL的理論基礎，從描述半導體激光器中載流子和光子相互作用的最基本的速率方程出發(fā)，全面考慮了載流子擴散、有源區(qū)漏電流、注入電流的不均勻性，以及溫度變化等因素對VCSEL運行機制的影響，建立起VCSEL的仿真模型，詳細論述了模型的建立和

3、實現(xiàn)過程。 (2)引入比較完備的VCSEL溫度模型，考慮了對VCSEL~作起重要作用的熱效應，研究了閾值對溫度的依賴關系、輸出光功率的熱飽和下降現(xiàn)象以及溫度對調(diào)制響應的影響，分析了VCSEL熱效應的內(nèi)在機制。 (3)考慮VCSEL中載流子的空間分布和橫向擴散，建立起VCSEL的二維速率方程模型。利用該模型，分析了電極的形狀、位置以及注入電流的強度對激光器橫模競爭特性的影響，而且考慮了光波模式角向分布的不均勻性，討論了注入