2微米波段宽带宽高反射率亚波长光栅的设计

发布时间：2020-03-18 22:54

【摘要】：近年来,随着对半导体激光器需求的日益增长,性能优异、易大规模集成的面发射半导体激光器VCSEL成为一个研究热点,研制出结构简单、反射效率高、易大规模制备集成的腔面反射镜以取代传统的布拉格反射镜(DBRs)成为新型VCSEL中一个亟待解决的问题。本论文采用严格耦合波理论,设计分析了三种(含有一对DBRs的反射镜、具有SiO_2光栅层的反射镜、含有一对DBRs与SiO_2光栅层的反射镜)具有不同结构的2μm波段TM模亚波长光栅反射镜。反射镜均在2μm波段具有高反射率宽带宽(反射率R99.9%,其带宽宽度超过180nm)的同时表现出偏振性,以及较大的制作容差,并用等效介质理论简要分析了反射镜的相关特性。结果表明,含有一对DBRs和SiO_2光栅层的反射镜在反射率R99.9%的带宽可达310nm,宽范围的制作容差可使其应用于VCSEL上的大规模制备集成。
【图文】：

R.Wang 等人在 2013 年报道了在中心波长 2.3μm 处可应用于 VCSEL 上的具有宽高反射带的高对比度亚波长光栅（HCG）。M Gebski 等人在 2016 年使用未掺杂的 GaAs 作为 HCG 设计了 980nmVCSEL，并分析了 HCG 与 DBRs 结构共同构成上腔面反射镜对 VCSEL 的限制因子的影响[34]，以及这种组合构成的上腔反射镜对 VCSEL 基本光强分布。同在 2016 年 E Haglund 等人首次使用不同光栅参数的 HCG 研究分析了 VCSEL 的波长调谐范围及其相关影响[35]，研究小组采用GaAs 材料的悬空 HCG 作为可调谐上腔反射镜实现了激光器的宽范围调谐。2017年，T Czyszanowski 等人采用金属亚波长光栅作为 VCSEL 的上腔反射镜，使用三维全矢量光学模型分析多种半导体中金属亚波长光栅在各种波长范围内的特性[36]。

图 1.1 用于 2.3μm 波段 TM 模 VCSEL 的 HCG，，饶小红等人通过严格耦合波衍射理论在理论上研特性，对亚波长光栅的结构设计具有一定的指导作 FDTD 基础上研究了亚波长光栅的反射特性，并通刻蚀等方法在硅片上成功制备，实际测试结果其反射的拟合[37]。2013 年华侨大学研究设计了一种 2T 型全所示），可适用于 VCSEL 上，这种光栅不仅提供极而且反射率与入射角度无关[38]。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

【参考文献】

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本文编号：2589300