注入电流引起质子轰击VCSEL中的模式竞争

为了分析质子轰击垂直腔面发射激光器(VCSEL)中注入电流引起的激光模式竞争过程,在三维空间中对VCSEL激射后光电热进行了研究。给出仿真光电热的方程之后,在室温连续工作条件下,对电流孔半径r为4μm、阈值电流Ith为4.5 m A的VCSEL进行自洽求解。当注入电流Iin分别为5.0,5.5,6.0 m A时,得到了对应的外加电压和输出光功率,并绘制了VCSEL的电势、注入电流、载流子、光场和热场的空间分布,给出了连续工作下输出光功率随注入电流变化的曲线。仿真结果表明:随着注入VCSEL中的电流增加,电流密度增大,激光的横向基模和横向一阶模式同时增强。横向一阶模式增加的强度及扩展的范围大于横向基模,激光输出能量逐渐向横向一阶模式过渡,横向模式竞争的同时产生载流子空间烧孔,因此在电流孔半径r≥4μm的VCSEL中,连续工作激光模式不稳定。