基于液晶微腔的垂直腔面发射激光器特性研究
发布时间：2021-06-17 03:49
垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）是一种被广泛应用于光通讯、气体检测以及3D传感等领域的半导体激光器,具有低阈值电流、易于二维集成、高调制速率等优势。为了提高系统的可靠性和稳定性,本文设计了一种振荡波长在900-940 nm附近调谐的内腔液晶可调谐VCSEL。基于时域有限差分法模拟光场在器件中的分布,获得在各种液晶厚度和折射率下激光器的共振波长,并分析了该结构获得宽范围波长调谐和偏振稳定输出的物理特性。设计的液晶可调谐激光器波长调谐范围的模拟结果达到42.4 nm,并对偏振性进行模拟和实验上的分析。主要的研究工作如下:1.结构设计工作:液晶微腔结构设计,包括高对比度光栅和液晶层,和半VCSEL器件结构的设计,包括有源区、分布式布拉格反射镜和共振腔。基于严格耦合波理论设计了一种利用液晶作为低折射率材料的Si/Si O2复合高对比光栅作为上反射镜的内腔液晶可调谐VCSEL,当940 nm TM偏振光入射时,通过优化各项参数得到宽带（Δλ=256 nm）高反射率（R>99%）且具有偏振稳定性的光栅结构,满足VC...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
静电调谐MEMS-VCSEL结构示意图
第1章绪论4为突破静电力调谐的限制，在可移动的上DBR反射镜中加入一层压电晶体，可提高了器件调谐效率。该结构的上部反射镜采用P-i-N式结构，由不同掺杂类型的AlGaAs构成，i层为压电晶体，如图1.2a）和b）所示，其中a）为压电可调谐VCSEL的三维结构示意图，b）是压电可调谐VCSEL的侧视图。当施加反向电压时，沿垂直方向分布的电场经过i型压电层时会引起悬臂梁的弯曲变形。悬臂梁的位移将改变空气隙的大小，进而达到波长转换的目的[11]。制造了中心波长为850nm的压电调谐VCSEL，连续波长调谐范围为3nm，光功率大于1mW[12]。a)b)图1.2压电微机械可调谐VCSELa)三维结构示意图b)侧视结构示意图将压电材料换为电热材料，就会得到图1.3所示的电热调谐VCSEL结构示意图，在热层电极上施加调谐电压会使悬臂梁发生形变，进而使腔体长度发生变化。2015年德国达姆施塔特工业大学制造出了中心波长为1554nm，连续单模调谐范围为60nm的电热可调谐VCSEL,最大输出功率1.42mW[13]。图1.3电热调谐VCSEL示意图此外，MEMS-VCSEL与高对比光栅结合也是近年来研究的热点问题。2017年加州大学KevinT.Cook等人模拟了高对比光栅与VCSEL如图1.4所示的耦合情况，得到以1060nm为激射中心波长、调谐范围为73nm的MEMS-VCSEL，输出功率0.24mW[14]。同年PENGFEIQIAO等人利用2D网格型HCG作为可调谐VCSELs的理想反射镜，反射率达到99.5%，制备的MEMS-VCSEL中心波长为1080nm，调谐范围42.2nm，接近于使用1D光栅结构的结果，输出功率达到0.68mW[15]。
第1章绪论4为突破静电力调谐的限制，在可移动的上DBR反射镜中加入一层压电晶体，可提高了器件调谐效率。该结构的上部反射镜采用P-i-N式结构，由不同掺杂类型的AlGaAs构成，i层为压电晶体，如图1.2a）和b）所示，其中a）为压电可调谐VCSEL的三维结构示意图，b）是压电可调谐VCSEL的侧视图。当施加反向电压时，沿垂直方向分布的电场经过i型压电层时会引起悬臂梁的弯曲变形。悬臂梁的位移将改变空气隙的大小，进而达到波长转换的目的[11]。制造了中心波长为850nm的压电调谐VCSEL，连续波长调谐范围为3nm，光功率大于1mW[12]。a)b)图1.2压电微机械可调谐VCSELa)三维结构示意图b)侧视结构示意图将压电材料换为电热材料，就会得到图1.3所示的电热调谐VCSEL结构示意图，在热层电极上施加调谐电压会使悬臂梁发生形变，进而使腔体长度发生变化。2015年德国达姆施塔特工业大学制造出了中心波长为1554nm，连续单模调谐范围为60nm的电热可调谐VCSEL,最大输出功率1.42mW[13]。图1.3电热调谐VCSEL示意图此外，MEMS-VCSEL与高对比光栅结合也是近年来研究的热点问题。2017年加州大学KevinT.Cook等人模拟了高对比光栅与VCSEL如图1.4所示的耦合情况，得到以1060nm为激射中心波长、调谐范围为73nm的MEMS-VCSEL，输出功率0.24mW[14]。同年PENGFEIQIAO等人利用2D网格型HCG作为可调谐VCSELs的理想反射镜，反射率达到99.5%，制备的MEMS-VCSEL中心波长为1080nm，调谐范围42.2nm，接近于使用1D光栅结构的结果，输出功率达到0.68mW[15]。
本文编号：3234405
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
静电调谐MEMS-VCSEL结构示意图
第1章绪论4为突破静电力调谐的限制，在可移动的上DBR反射镜中加入一层压电晶体，可提高了器件调谐效率。该结构的上部反射镜采用P-i-N式结构，由不同掺杂类型的AlGaAs构成，i层为压电晶体，如图1.2a）和b）所示，其中a）为压电可调谐VCSEL的三维结构示意图，b）是压电可调谐VCSEL的侧视图。当施加反向电压时，沿垂直方向分布的电场经过i型压电层时会引起悬臂梁的弯曲变形。悬臂梁的位移将改变空气隙的大小，进而达到波长转换的目的[11]。制造了中心波长为850nm的压电调谐VCSEL，连续波长调谐范围为3nm，光功率大于1mW[12]。a)b)图1.2压电微机械可调谐VCSELa)三维结构示意图b)侧视结构示意图将压电材料换为电热材料，就会得到图1.3所示的电热调谐VCSEL结构示意图，在热层电极上施加调谐电压会使悬臂梁发生形变，进而使腔体长度发生变化。2015年德国达姆施塔特工业大学制造出了中心波长为1554nm，连续单模调谐范围为60nm的电热可调谐VCSEL,最大输出功率1.42mW[13]。图1.3电热调谐VCSEL示意图此外，MEMS-VCSEL与高对比光栅结合也是近年来研究的热点问题。2017年加州大学KevinT.Cook等人模拟了高对比光栅与VCSEL如图1.4所示的耦合情况，得到以1060nm为激射中心波长、调谐范围为73nm的MEMS-VCSEL，输出功率0.24mW[14]。同年PENGFEIQIAO等人利用2D网格型HCG作为可调谐VCSELs的理想反射镜，反射率达到99.5%，制备的MEMS-VCSEL中心波长为1080nm，调谐范围42.2nm，接近于使用1D光栅结构的结果，输出功率达到0.68mW[15]。
第1章绪论4为突破静电力调谐的限制，在可移动的上DBR反射镜中加入一层压电晶体，可提高了器件调谐效率。该结构的上部反射镜采用P-i-N式结构，由不同掺杂类型的AlGaAs构成，i层为压电晶体，如图1.2a）和b）所示，其中a）为压电可调谐VCSEL的三维结构示意图，b）是压电可调谐VCSEL的侧视图。当施加反向电压时，沿垂直方向分布的电场经过i型压电层时会引起悬臂梁的弯曲变形。悬臂梁的位移将改变空气隙的大小，进而达到波长转换的目的[11]。制造了中心波长为850nm的压电调谐VCSEL，连续波长调谐范围为3nm，光功率大于1mW[12]。a)b)图1.2压电微机械可调谐VCSELa)三维结构示意图b)侧视结构示意图将压电材料换为电热材料，就会得到图1.3所示的电热调谐VCSEL结构示意图，在热层电极上施加调谐电压会使悬臂梁发生形变，进而使腔体长度发生变化。2015年德国达姆施塔特工业大学制造出了中心波长为1554nm，连续单模调谐范围为60nm的电热可调谐VCSEL,最大输出功率1.42mW[13]。图1.3电热调谐VCSEL示意图此外，MEMS-VCSEL与高对比光栅结合也是近年来研究的热点问题。2017年加州大学KevinT.Cook等人模拟了高对比光栅与VCSEL如图1.4所示的耦合情况，得到以1060nm为激射中心波长、调谐范围为73nm的MEMS-VCSEL，输出功率0.24mW[14]。同年PENGFEIQIAO等人利用2D网格型HCG作为可调谐VCSELs的理想反射镜，反射率达到99.5%，制备的MEMS-VCSEL中心波长为1080nm，调谐范围42.2nm，接近于使用1D光栅结构的结果，输出功率达到0.68mW[15]。
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