与GaAs基VCSEL同材料体系高对比度亚波长光栅的设计

发布时间：2024-05-09 19:08

　　设计了一种用于850 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅(HCG),整体结构采用GaAs材料体系,包含光栅层及为缓解其应力问题而设计的应力缓冲层和以AlGaAs或AlAs氧化后形成的AlOx低折射率亚层。通过Rsoft软件对HCG的反射特性进行仿真研究,分析了不同光栅参数对反射谱的作用规律,重点探究了应力缓冲层和低折射率亚层对光栅特性的影响。设计了中心波长850 nm的TM模HCG,反射率大于99. 9%的带宽可达91 nm,与中心波长之比达到10. 7%,同时TE模的反射率不超过90%,显示出了良好的偏振选择性。该结构可以替代VCSEL中的P型分布式布拉格反射镜,提供高反射率、宽带宽,并改善由不同材料体系所导致的应力问题,提高器件稳定性。

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【部分图文】：

图1光栅结构示意图：周期Λ，占空比f，光栅层厚度h1，应力缓冲层厚度h2，低折射率亚层厚度h3

针对850nm波段GaAs基VCSEL设计一种与其同材料体系的HCG来代替P型DBR，结构如图1所示，包括光栅层、应力缓冲层、低折射率亚层以及基底。光栅层、应力缓冲层和基底均由GaAs材料构成，低折射率亚层由富Al的AlGaAs或AlAs氧化而成，生成的氧化层结构致密稳定且折射....

图2TM模式垂直入射时不同光栅参数与波长对应的反射率：（a）光栅周期，（b）占空比，（c）光栅厚度，（d）应力缓冲层厚度

如图4所示，在中心波长附近，TM模具有接近于1的高反射带，且随亚层厚度的增大高反射带宽也增大。但TE模在此区间内的变化则呈现随低折射率亚层厚度的增大，反射率出现个别区域的迅猛增长。当厚度升至0.1μm时，833nm处的反射率达到了89.3%；当厚度大于0.2μm时，833nm....

图3(a）无低折射率亚层时TM模对应的反射率谱，（b）有低折射率亚层时TM模对应的反射率谱，（c)TM模式下低折射率亚层厚度与波长对应的反射率，（d)TE模式下低折射率亚层厚度与波长对应的反射率

设计了一种与850nmVCSEL同材料体系的GaAs基TM偏振高折射率对比度亚波长光栅，基于HCG的衍射特性及VCSEL的工作机理，采用严格耦合波方法仿真研究了各光栅参数对反射谱的作用规律。光栅周期、占空比对高反射带的位置和带宽影响较大，只在特定区域表现较宽的高反射带。但相比....

图4不同低折射率亚层厚度时TM和TE模对应的反射率谱，（a）低折射率亚层厚度为0.08μm,(b）低折射率亚层厚度为0.14μμm,(c）低折射率亚层厚度为0.2μμm

图3(a）无低折射率亚层时TM模对应的反射率谱，（b）有低折射率亚层时TM模对应的反射率谱，（c)TM模式下低折射率亚层厚度与波长对应的反射率，（d)TE模式下低折射率亚层厚度与波长对应的反射率图5TM和TE模对应的反射率谱：反射率R>99.9%，带宽为91nm（Λ=0.38....

本文编号：3968508