垂直腔表面发射激光器与纳光子结构的集成一体化研究

发布时间：2019-11-12 17:50

【摘要】：随着科技的发展,人们对数据处理和数据传输的需求量越来越大。近几年来计算机的CPU数量从最初的单核发展为目前的几十核,这大大提高了数据处理速度。而由于目前基于电子的信息处理网络的发展已经接近电子速度的极限,为了提高信息的传送速度人们开始搭建全光网络。全光网络中光源是必不可少的一部分。VCSEL由于其阈值电流较低,输出光束为圆形对称,具有较高耦合效率等特点,作为较理想的半导体光源被广泛应用于光互联、光通信等领域。随着人们不断的探索,在过去的几十年中VCSEL的性能有了巨大的提高。但传统的VCSEL出射光束的发散角一般为17°~20°,为了使激光束有更好的准直效果,人们提出组合光学透镜结构、外延腔结构、微透镜结构和光子晶体结构等。但这些方法均有缺陷:组合光学透镜结构,外延腔结构和微透镜结构难以集成;将光子晶体结构引入VCSEL破坏了原有的布拉格反射层导致反射层的反射率降低,载流子入注效率下降。目前光模块的集成化程度逐渐提高,这促使人们进行光源与光学元件集成一体化的研究。纳光子结构具有结构小,易集成等特点使得其成为集成一体化研究中较好的选择。本文主要对VCSEL与纳光子结构的集成一体化进行研究。本文对FDTD算法、时间卷积PML、VCSEL基本结构和理论、光子晶体能带理论等进行了详细介绍。本文研究内容包括渐变折射率光子晶体空气柱形状和空气柱参数渐变规律对聚焦性能的影响,二、三维光子晶体透镜与VCSEL集成一体化和基于Si材料的光子晶体光纤结构与VCSEL集成一体化这三个部分,旨在设计出具有较好聚焦效果或者准直效果的并可与VCSEL集成的纳光子结构。在对渐变折射率光子晶体的研究中发现矩形、正方形和部分圆形空气柱切面光子晶体透镜有突破衍射极限的能力。二、三维渐变光子晶体与VCSEL集成可分别得到一、二维的聚焦斑,并通过调节光子晶体在波传输方向上的周期得到聚焦带的能量较大,聚焦斑的半高全宽较小,x、z两个方向上半高全宽差值较小,并且聚焦斑形状为圆形的可集成三维光子晶体结构。对光子晶体光纤结构与VCSEL集成的仿真中,通过优化外围空气孔的周期、周期个数以及半径,光子晶体光纤的厚度和有无中心空气孔这五个参数得到拥有较小发散角和较小偏振影响的可集成光子晶体光纤结构。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248

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本文编号：2559885