外包壳对具有氧化孔径层的圆柱形VCSEL阈值增益的影响

采用矢量场模型,对具有诱人应用前景的圆柱形垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的模式阈值增益进行了数值模拟;为减弱金属圆柱的反射以使理论计算更接近实际,采用两种方案,将外加金属包壳视为非理想导体,或在此基础上,将金属包壳与激光器主体结构隔开.从模式的阈值增益与顶Bragg反射镜层周期数的关系方面,与理想金属外包壳情况进行了比较.结果表明,高阶贝塞耳函数模式的阈值增益变化规律基本相同,而0阶贝塞耳函数模式的阈值增益变化规律相差较大.

具有氧化孔径层的方柱形微腔半导体激光器理论模型

对于具有大折射率衬比的氧化孔径层的方柱形垂直腔面发射微腔半导体激光器 ,基于Maxwell方程组的矢量解 ,推导了用于计算激光器阈值增益的理论模型 。

氧化孔径对VCSEL功耗和效率的影响

高温导致垂直腔面发射激光器(VCSEL)的输出功率滚降,功率转换效率降低。为了研究高环境温度中VCSEL的温度稳定性和功率转换效率,通过测试不同环境温度下不同氧化孔径波长850 nm VCSEL的P-I-V曲线,发现在相同注入电流下,随着环境温度的升高,VCSEL的氧化孔径越大,功率损耗增加越明显,而小氧化孔径的VCSEL功率损耗受温度的影响很小。室温下VCSEL的氧化孔径越大,功率转换效率越高,但当环境温度高于一定值时,中等氧化孔径(约5μm)的VCSEL反而具有更高的功率转换效率。通过分析温度对VCSEL微分电阻等功率损耗的影响,发现适当降低氧化孔径,有利于实现VCSEL在高环境温度中高的功率转换效率。

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。

氧化孔径对高功率垂直腔面发射激光器温升的影响

为了在制作垂直腔面发射激光器(VCSEL)时选择合适的氧化孔径尺寸,以获得较好的光束质量和较高的输出功率,对具有不同氧化孔径的单管器件的热特性进行了实验研究。通过控制氧化时间,制作了氧化孔径分别为415、386、316μm的单管器件,台面直径和P型接触电极直径均为450μm和400μm。针对3种器件在室温连续工作条件下不同的输出特性,对它们的热阻进行了实验测量,发现氧化孔径越小时器件热阻越大。通过对比电流、波长及温度的关系,得到了由电流引起的自热效应给3种器件带来的温升情况。注入电流为1A时,氧化孔径为415μm的器件温度为32.4℃,氧化孔径为386μm的器件温度为35.2℃,氧化孔径为316μm时,器件的温度高达76.4℃。

氧化孔径限制垂直腔面发射激光器的电极优化

垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)限制电流流入的方式有许多种,其中氧化孔径(电流注入孔径)限制法制备工艺简单,成为普遍选用的方式。模拟结果显示,对于氧化孔径限制VCSEL,在氧化孔径边缘处电流密度最大。模拟P型电极内环半径对注入孔径电流密度的影响,结果表明P型电极内环半径越大,器件氧化孔径边缘的电流密度越大,对应的器件工作电压越大,输出光功率越低。综合考虑器件结构的光场分布和发散角分布,计算器件表面光斑面积,得到P型电极内环半径的最优值为8μm。

980nm氧化物限制的垂直腔面发射激光器(英文)

采用低压金属有机化合物气相外延 (L P- MOCVD) ,制备了顶端发射氧化物限制、内腔接触结构 980 nm的垂直腔面发射激光器 .应用了选择氧化和自对准工艺来实现电流限制 .在 2 8m A脉冲电流驱动下 ,器件的输出功率为10 .1m W,斜率效率为 0 .4 6 2 m W/ m A.脉冲工作下 ,最高输出功率为 13.1m W.室温连续工作下 ,输出功率为7.1m W,发射波长为 974 nm ,光谱半宽为 0 .6 nm.研究了氧化孔径对阈值电流和微分电阻的影响 ,结果表明较小的氧化孔径可以获得低的阈值电流 .

一种850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器的设计

采用PICS3D软件建立了850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)的仿真模型,通过优化量子阱有源区的阱和垒的个数、合理选取分布式布拉格反射镜(DBR)的材料以及对数,设计了一种850nm氧化限制型VCSEL。在10μm氧化孔径下,与商用的850nm氧化限制型VCSEL相比,其阈值电流从1.8mA降至1.5mA,斜率效率从0.3W/A提升到0.65W/A。

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

为实现对垂直腔面发射半导体激光器氧化孔径的精确控制,提高其光电特性,对湿法氧化工艺进行了实验研究.在不同的氧化温度下,对相同结构的垂直腔面发射半导体激光器模拟片进行湿法氧化.采用X射线能谱分析仪,对氧化后模拟片的氧化层按不同的氧化深度对其氧化生成物进行检测.依据氧化生成物中氧元素组分浓度的变化,对氧化过程进行了分析与讨论,推导出在一定的温度下,氧化速率随时间变化的一般规律.提出了在垂直腔面发射半导体激光器的湿法氧化工艺过程中,适当降低氧化温度,延长氧化时间,可减小氧化限制孔径的控制误差,提高氧化工艺的准确性与稳定性.

808nm垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的研究

为提高808 nm垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的输出功率与电光转换效率,对其湿法氧化工艺进行了实验研究。采用扫描电镜(SEM)的微区分析功能,对样品氧化层按不同的氧化深度进行微区分析。微区分析结果表明:适当降低氧化温度,延长氧化时间,可减小氧化限制孔径的控制误差,提高氧化工艺的准确性;氧化后对样品进行高温加热处理,可减少氧化层中的As含量,改善氧化层的质量,提高氧化工艺的热稳定性。

多横模垂直腔面发射激光器及其波长特性

基于氧化限制型内腔接触垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构设计,研究了VCSEL的多横模分布及其模式波长分裂特性与氧化孔径尺寸、形状的关系.在实验基础上,通过建立有效折射率模型,并利用标量亥姆霍兹方程的迭代算法理论,分别对椭圆形氧化孔径和圆形氧化孔径VCSEL的横向模式特性进行模拟研究,计算得到不同形状孔径的多横模光场分布情况,同时测量得到高阶横模多频输出光谱.研究发现,椭圆氧化孔形状不仅影响横模分布特性,还会导致每个模式的波长产生分裂,分裂值可达0.037 nm.同时,随着氧化孔径的增大,波长分裂影响会逐渐减小,直至趋近于圆形氧化孔径的分布特性.研究结果为进一步实现氧化限制型VCSEL的多横模锁定提供了有益参考和借鉴.

795 nm高温高功率垂直腔面发射激光器及原子陀螺仪应用

在传统的氧化物约束型的垂直腔面发射半导体激光器中,横向光限制主要取决于氧化层的厚度及其相对于腔内光驻波分布的位置.通过减少外延结构中氧化层与光场驻波分布之间的重叠,可以降低芯层与包层之间的有效折射率差,从而减少腔内可存在的横向模的数量,并增加横模向氧化物孔径之外的扩展.本文利用这一原理设计并制作了一个795 nm的大氧化孔径的垂直腔面发射激光器.器件在80℃下可实现4.1 mW的高功率单基模工作,最高边模抑制比为41.68 dB,最高正交偏振抑制比为27.46 dB.将VCSEL作为抽运源应用于核磁共振陀螺仪系统样机中,实验结果表面新设计的VCSEL可以满足陀螺系统的初步应用需求.

线径调制Ni纳米线的制备及其磁性

实验基于非对称二次阳极氧化方法,通过在多种不同的电解液中交替阳极氧化制备了孔径大小调制的多孔氧化铝,并以此为模板,电化学沉积了线径调制的Ni纳米线。采用场发射扫描电镜对Ni纳米线进行了形貌表征,照片显示纳米线粗、细段的直径分别约为65和35 nm。X射线衍射分析结果表明Ni纳米线沿着<220>方向择优生长。采用综合物性测量系统测量了不同温度下纳米线阵列的磁滞回线。结果表明调制Ni纳米线的矫顽力随温度变化很小,其矫顽力主要取决于纳米线的形状各向异性。最后对Ni纳米线的反磁化过程进行了分析讨论。

具有偏振分束功能的894nm垂直腔面发射激光器

垂直腔面发射激光器是先进光学信息系统的关键器件之一,具有低成本、低发散角、窄线宽等优点。为满足垂直腔面发射激光器在微型原子钟、军事通信等领域的应用,优化激光器的结构参数来改善腔模位置以及在顶层集成光栅改善出光信号的光场分布就变得尤为重要。基于增益腔模失谐技术以及光栅优异的光束会聚、偏振分束功能,提出一种基于非周期性亚波长光栅的894 nm垂直腔面发射激光器。利用光栅的偏振分束功能,可使器件输出端口的消光大于30 dB。通过改善腔模位置以及氧化孔径,器件在20~90℃范围内基本工作性能保持稳定,在85℃环境下工作波长满足微型原子钟的要求,输出光功率为2 mW,为下一代微型原子钟、军事通信等的发展提供了良好的理论基础。