可调谐VCSEL的低应力MEMS悬臂结构设计

针对GaAs基和InP基材料的波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)中微机电系统(MEMS)应力集中引起结构损坏的问题开展研究。设计了蝴蝶结状MEMS悬臂结构,在保证最大位移不变的情况下,降低了悬臂固定端所受的米塞斯应力,提高了器件的可靠性。采用COMSOL软件对蝴蝶结状悬臂结构的各项参数对力学特性的影响进行了优化与分析。结果表明:优化后的蝴蝶结状MEMS悬臂结构固定端的最大米塞斯应力相比于等截面状悬臂结构最大降低了64%,对于GaAs基材料的蝴蝶结状MEMS波长可调谐VCSEL自由光谱范围可达45 nm。

可调谐40nm的电泵浦1．5μm MEMS VCSEL

据《Photonics Spectra》2004年第12期报导，德国的科学家已共同合作研究出目前最宽调谐范围(达40nm)的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，其单模激射波长为1553—1595nm。该激光器由两个芯片组成，一个为VCSEL放大器，另一个为微电子机械系统(MEMS)反射镜膜片。反射镜膜片可用作输出耦合器，并且在该半导体的底部组合了金反射镜／介电分布布喇格反射器作为谐振器。制作时，分别生长由反射镜膜片及其GaAs衬底组成的芯片，并倒置在VCSEL增益芯片上。

利用MEMS实现可变波长通信用激光发光元件

横河电机开发出可通过MEMS结构来改变面发光激光器（VCSEL）的波长的技术，并在“微机械／MEMS展”上进行了展板展示。展出元件中，通过金凸块接合技术层叠了基于磷化铟（InP）的VCSEL芯片、以及集成用于改变波长的MEMS部件的硅芯片。

基于亚波长光栅的VCSEL偏振控制研究

为了确定亚波长光栅在微电机械系统(MEMS)波长可调谐VCSEL不同位置(上DBR上表面、上DBR下表面以及内腔)中实现TE和TM偏振控制的光栅参数范围以及光栅在哪个位置时实现偏振控制最稳定,通过MATLAB建立MEMS波长可调VCSEL的模型,然后计算光栅在3种位置时上反射镜(包括空气隙和光栅)随光栅参数变化的反射率,以此来确定它们实现TE/TM稳定偏振的光栅参数范围(即高反射范围内的参数)。将各自的高反射所对应反射率减去相同光栅参数范围内TM/TE低反射对应的反射率,通过反射率差值确定光栅在哪种位置时MEMS波长可调谐VCSEL实现偏振是最稳定的。最后得出的结论是光栅在上DBR下表面几乎无法控制TM偏振,而将光栅放置于内腔中,无论是在TE偏振控制上还是TM偏振上都是最稳定的。在实现TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少10 cm^(-1);而在实现TM偏振稳定时,在TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少5 cm^(-1)。

基于Fabry-Perot腔的高精度MEMS加速度传感器

设计了一种基于Fabry-Perot腔的高精度MEMS加速度传感器,采用动态波长调谐原理。加速度传感单元由二氧化硅支撑梁与中心质量块组成,在质量块底部与衬底层硅基凹槽内,利用薄膜沉积技术制备分布式布拉格反射镜(DBR)构成F-P光学微腔。设计了新型折叠支撑梁和维持器件可靠性的限位块结构。研究给出质量块位移引起腔长变化,导致透射波长偏移的关系,结合S型支撑梁挠曲度与系统加速度的关系,得到加速度与透射波长的函数,其线性度大于99.99%。通过有限元仿真软件对结构参数进行设计与优化,由仿真结果得出设计的加速度传感器工作频率为510 Hz,测量范围为±5 g,得到加速度-波长灵敏度为54.8 nm/g,最高分辨率可达1 mg设计可应用于自主导航、重力测量与资源勘探等。

TWDM-PON可调光接收机波长调谐系统设计

针对基于MEMS可调光滤波器的可调光接收机,设计了一种监测光探测器输出电信号幅度变化、反馈控制光滤波器调谐对准目标信道波长的调谐系统,介绍了波长调谐算法的执行流程,并进行了实验测试。

波长可调谐垂直腔面发射激光器

实现VCSEL波长可调谐是现今VCSEL研究领域的热点之一,本文提出利用内腔亚波长光栅提高了VCSEL的波长调谐范围。经过模拟计算当光栅周期当栅周期为Λ=200nm,占空比(光栅条宽/光栅周期)η=0.55,厚度h=100nm时,VCSEL波长调谐范围可以达到最优,相比于无内腔亚波长光栅VCSEL的波长调谐范围有了显著提高。这可以为以后实际的器件制备提供理论依据。

利用VCSEL激光二极管在1.58μm波段对CO_2气体温度的测量

利用1．58μm处的VCSEL激光二极管对CO2气体的两条特征谱线进行扫描以实现气体温度的测量．介绍了利用可调谐激光光谱结合波长调制方法进行温度测量的基本原理，并讨论了相关的影响因素．在常压下的加热石英管中进行了实验，在温度为20～300℃时，计算值与热电偶信号的温差在35℃以内．通过对测量误差的分析，为实现单激光器同时测量气体温度与浓度提供参考．

宽范围、偏振稳定的850nm液晶可调谐垂直腔面发射激光器特性

设计了一种具有内腔耦合层的850 nm液晶可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构,从而获得了更宽的波长调谐范围以及稳定的偏振模式输出。通过分析在不同液晶层厚度下,两种偏振模式的共振波长以及对应的阈值增益的变化关系,研究了液晶厚度影响可调谐VCSEL偏振模式和波长调谐的机理。此外,通过优化半导体腔和液晶腔之间的耦合层结构,使得基于液晶的可调谐VCSEL结构在实现稳定偏振模式输出的基础上具有更宽的波长调谐范围。结果表明,耦合层结构的加入可以有效地增大液晶可调谐VCSEL的调谐范围,最大达到41.1 nm。同时,在连续的波长调谐过程中,由于o光偏振模式始终处于受抑制状态,因此液晶可调谐VCSEL可实现稳定的单偏振模式输出。

一维增透亚波长光栅的研究

将具有高透射性的亚波长光栅置于微机械波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)的内腔当中可以提高波长的调谐范围,为了使波长调谐范围达到最优则必须优化高透射性的亚波长光栅使其透射率达到最大。利用严格耦合波法分析了亚波长光栅的占空比、周期、厚度和入射角对其透射率的影响并找出最优的光栅参数。通过计算分析可得,对于TE和TM偏振存在最佳的占空比使其透射率达到99.5%。在文中条件下,它们对应的占空比分别为0.23和0.80。而光栅厚度对于TE和TM偏振透射率的影响是周期性的,在一个周期内存在一个最佳值使其透射率达到最高。在文中条件下,TE偏振的厚度周期是150 nm,TM偏振的厚度周期是300 nm。当光栅参数不变时,无论是TE还是TM偏振光,它们的透射率只有在垂直入射光栅时(入射角为0°)才能达到最大。而通过等效介质原理可以得出,周期对透射率没有影响。最后计算了透射率在光栅厚度和占空比同时变化时的变化趋势,并从中得出最优的光栅参数。

新结构提高了远程通信激光器的性能

为了推进光纤通信系统的发展,一种以微机械系统(MEMS)为光源的波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSELs)已成为众多科学家研究的热点.虽然目前大多数工作仍集中在对悬臂式结构的研究上,但加利福尼亚州Fremont的一个Bandwidth9工程组最近新研制出一种带有桥式结构的MEMS VCSEL.经实验证明,其机械性能优于悬臂式激光器.

新结构改善远程通信激光器

很多研究人员，根据微机电系统原理大胆开发出波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)，作为光纤远程通信系统的光源。虽然至今大多数工作集中在悬臂梁结构，但美国加州Fremont的一个工程师小组，最近用桥结构对称抽运光模型(不耦合到芯)制成了微机电系统波长可调谐垂直腔面发射激光器。