垂直腔面发射激光器的模式控制研究

发布时间：2020-12-05 04:02

　　与传统的边发射激光器(EEL)相比,垂直腔面发射激光器(VCSEL)因其独特的优势被广泛应用,例如:天然单纵模、低阈值电流、易于二维集成和圆形输出光斑等。但因为VCSEL横向尺寸较大,通常为多横模激射,这一特性限制了VCSEL在光谱分析和光通讯等领域的应用。传统实现单模的方法大多涉及到二次外延生长和精准的半导体刻蚀技术,这些工艺使得制备单模器件变得复杂且难以统一控制,在批量大规模生产时存在许多障碍。针对大氧化口径下实现单模激射的问题,本文通过表面浮雕技术和介质膜浮雕技术抑制高阶模式来获得单模输出;同时为了实现高温稳定工作,在结构设计中通过腔模失配来解决温度对器件的影响。本实验还通过不规则的椭圆形介质膜浮雕来实现单模单偏振输出,并讨论了介质膜对VCSEL的影响。首先对大氧化口径VCSEL中进行模式分析,实现VCSEL单横模激射需要了解横向尺寸与模式分布的关系。为了提高VCSEL的单模输出功率和减小器件的电阻所带来的热效应,本文选择表面浮雕VCSEL中的氧化口径为7μm,但7μm的氧化口径大于传统小口径实现单模的条件,随着电流的增加会出现多横模激射的现象。为了解决这个问题,我们采用实现单模... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 垂直腔面发射激光器（VCSEL）的研究背景及意义
    1.2 高速VCSEL的研究进展
    1.3 扫描OCT的研究进展
    1.4 单模VCSEL的研究进展
    1.5 其他类型VCSEL的研究进展
    1.6 本论文的研究对象和结构安排
        1.6.1 研究对象
        1.6.2 论文的结构安排
第2章 垂直腔面发射激光器理论基础
    2.1 垂直腔面发射激光器的类型和基本性质
    2.2 垂直腔面发射激光器的结构类型
    2.3 垂直腔面发射激光器的类型和基本性质
        2.3.1 DBR反射镜
        2.3.2 阈值增益
        2.3.3 纵模特性
        2.3.4 横模特性
        2.3.5 侧氧化特性
        2.3.6 温度特性
    2.4 本章小结
第3章 垂直腔面发射激光器的模拟计算
    3.1 正相表面浮雕VCSEL
        3.1.1 单横模的实现
        3.1.2 高温稳定工作的实现
    3.2 介质膜浮雕VCSEL
    3.3 本章小结
第4章 单模VCSEL工艺流程
    4.1 MOCVD生长外延片
    4.2 清洗外延片
    4.3 光刻
    4.4 干法刻蚀
    4.5 侧氧化过程
    4.6 蒸镀电极
    4.7 减薄抛光
    4.8 本论文实验的工艺流程
        4.8.1 正相表面浮雕VCSEL
        4.8.2 介质膜浮雕VCSEL
    4.9 本章小结
第5章 VCSEL器件的测试结果与分析
    5.1 表面浮雕VCSEL测试分析
    5.2 圆形介质膜浮雕VCSEL测试分析
        5.2.1 前期实验准备工作
        5.2.2 圆形介质膜浮雕单模VCSEL器件
    5.3 椭圆形介质膜浮雕VCSEL测试分析
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Few-mode vertical-cavity surface-emitting lasers for space-division multiplexing[J]. Yaman Su,Lijuan Yu,Xia Guo,Xing Zhang,Jianguo Liu,Ninghua Zhu.  Journal of Semiconductors. 2017(09)
[2]垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究[J]. 侯立峰,冯源,钟景昌,杨永庄,赵英杰,郝永芹.  光子学报. 2009(11)
[3]具有非均匀渐变界面DBR的光学特性分析[J]. 王小东,吴旭明,王青,曹玉莲,何国荣,谭满清.  物理学报. 2006(10)
[4]VCSEL的发展现状和市场应用[J]. 罗君.  光子技术. 2003(04)

博士论文
[1]基横模高功率垂直腔面发射激光器研究[D]. 解意洋.北京工业大学 2013



本文编号：2898840