GaN基垂直腔面发射激光器的研制

作者在我国大陆首次实现了GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激射.首先采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上进行高质量氮化物增益区的外延生长,然后在表面沉积高反射介质膜分布布拉格反射镜(DBR).将样品键合到其它支撑片上后,采用激光剥离技术将蓝宝石村底去除.再在去除蓝宝石后露出的氮化物表面沉积第二组介质膜DBR制成VCSEL.在室温光泵条件下,观察到VCSEL的激射,激射波长449.5 nm.阈值6.5 mJ/cm2,激射峰的半高宽小于0.1 nm,这些指标达到了国际领先水平.本文为进一步研制实用化氮化物VCSEL奠定了重要的基础.     

垂直腔面发射激光器的原理与设计

阐述了垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作原理及器件的设计方案,并设计出激射波长为980nm,InGaAs/GaAs多量子阱作为发光材料,氧化物限制电流,衬底面出光的基横模低阈值的器件结构。     

垂直外腔面发射激光器的模拟分析

垂直外腔面发射激光器芯片的生长工艺要求精确到nm量级,制作成本高,有必要用软件对设计好的VECSEL芯片进行仿真,实现优化.通过PICS3D软件对已经设计好的一个底发射的VECSEL芯片结构进行仿真,获得了量子阱有源区的带隙结构、材料增益曲线及子腔谐振谱线等特性.结果表明,InGaAs/GaAsP/AlGaAs材料体系...     

GaN基垂直腔面发射激光器的研究进展

GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种具有垂直出光结构的新型半导体激光器,其发光波长可覆盖整个可见光波段.与边发射激光器相比,VCSEL具有单纵模工作、低阈值电流、圆形对称光斑、与光纤耦合效率高以及可以制备高密度二维阵列等优点,因此被认为是下一代半导体照明、微投影、全色显示、可见光通信等应用领域的理想光源.GaN基VCSEL发展至今已经取得长足的进展,距离实现产业化应用也越来越近.本文对照目前已经发展成熟的GaAs基VCSEL的发展状况,综述了GaN基VCSEL的应用领域、发展现状、技术路线,并着重介绍了绿光GaN基VCSEL所取得的一系列进展,最后简述了GaN基VCSEL所面临的技术挑战.     

可见光垂直腔面发射激光器的性能模拟

采用有限差分光束传播方法(FD-BPM)对氧化型可见光垂直腔面发射激光器进行了模拟计算.在计算中,考虑了电流密度分布、自热效应、量子阱内载流子的横向扩散和光场的分布等主要物理过程,并对各种物理过程进行了自洽式计算;得到了氧化型可见光垂直腔面发射激光器的电流密度分布、温度分布、量子阱内载流子密度的分布,同时计算了阈值电流、光场的横向分布及电流-光功率输出特性.计算结果表明,使用该模型计算出在氧化孔半径为6 μm时阈值电流为0.67 mA,光输出功率最高可达4.5 mW.     

单氧化限制垂直腔面发射激光器的阈值

使用有限差分和模式跟踪方法对垂直腔面发射激光器(VCSELs)中光、电、热场耦合方程自洽数值求解,设计了其阈低值结构.给出了限制电流孔径分别为1 μm、2 μm、3 pm和6 μm的阈值电流密度、载流子密度、基模光场和热场的空间分布,得到了单氧化限制VCSELs中注入阂值电流随限制孔径变化曲线.结果表明,在2～6 μm...     

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的倍频研究

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器（OPS-VECSEL）是一种新型的半导体激光器,在很多领域有着广阔的应用前景。其外腔结构更容易实现高功率、高光束质量的倍频。本文分析了光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器的器件结构;研究了VECSEL的倍频,设计了两种不同的VECSEL倍频结构及散热装置。     

垂直腔面发射激光器光功率-电流模型可靠性研究

主要对基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光功率-电流模型(L-T)可靠性进行了研究.综合运用非线性最小二乘法、多项式拟合及数值计算等方法,估计模型的相关参数,建立了一个比较接近实际的VCSEL光功率-电流模型.仿真结果表明:在20℃条件下,基于该模型的VCSEL温度特性与模型参数基本吻合,从而证明了模型是可靠的.     

垂直腔面发射激光器(VCSEL) 简介及行业发展趋势

VCSEL简介及应用 垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL) 是一种激光发射方向垂直于P-N结平面而谐振腔面平行于P-N结平面的半导体激光器.1977年,日本东京工业大学的伊贺健一教授提出VCSEL的概念,随后相关的研究如火如荼地展开.     

适用于电场探头的垂直腔面发射激光器的PSpice模型

提出了一个适用于电场探头的垂直腔面发射激光器(VCSEL)的PSpice等效电路模型。该模型以VCSEL的速率方程为基础,将速率方程表征为线性电路元件组成的等效电路。通过电路仿真软件PSpice对等效模型进行模拟与分析,验证模型的实用性和准确性。     

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器的原理与应用

光泵浦半导体垂直外腔面发射激光器(OPS-VECSEL)是二极管泵浦的多量子阱增益介质半导体激光器。近年来,光泵浦垂直外腔面发射激光器作为半导体能带工程的新成果,在理论和实验方面均取得了令人触目的进展。该器件具有较高的输出功率、卓越的光束质量和紧凑的结构。薄片式的激活介质避免了棒状介质的热透镜效应,周期性共振增益(PRG)结构提高了多量子阱内的受激辐射截面,分布布拉格反射器(DBR)减少了谐振腔的损耗。相对于晶体棒作激活介质的固体激光器来说,这种新型激光器可以通过半导体能带工程提供更加广泛的波长选择范围。它克服了电泵浦边发射和电泵浦面发射半导体激光器的限制,可以提供近衍射极限的基模或TEM01模的圆形光斑。     

一种单模垂直腔面发射激光器自混合测距系统研制

研究了一种小调制高精度单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)自混合测距系统,根据单模VCSEL的特性曲线可知,其波长Δλ/ΔI非线性失真严重,且与调制电流幅度ΔI大小相关,该特性严重地影响系统的测距精度.通过对单模VCSEL进行小电流幅度调制以及采用专用的光电信号处理技术,明显提高了系统的测距精度.实验结果表明当使用调制电流幅度ΔIp-p=0.28 mA,调制频率fm=500 Hz对单模VCSEL进行频率调制,并且应用差频模拟锁相环(APLL)处理带有相位突变的自混合拍频信号,在采样时间为0.1 s,系统测距动态范围为50～500 mm,测距精度优于2 mm.     

垂直腔表面发射半导体激光器的PSPICE模型

建立了一个垂直腔表面发射半导体激光器(VCSEL)的等效电路模型,该模型以半导体激光器的速率方程为基础,将速率方程表征为由线性电路元件组成的等效电路模型.并通过通用电路模型分析软件(如PSPICE)对与其相关的简单电子电路进行分析和计算,验证了该模型的适用性与准确性.     

大功率垂直腔面发射激光列阵的应用

垂直腔面发射激光器（VCSEL）列阵是实现激光器高功率输出及应用的重要途径。本文针对垂直腔面发射激光器列阵从列阵器件的发展现状和应用前景方面进行介绍。     

垂直腔面发射激光器工作电流-输出光功率强度模型参数估计方法的改进

考虑垂直腔面发射激光器(VCSEL)在稳态时载流子数和光子数关系,改进了工作电流与输出光功率强度(L-I)模型的经验公式,利用交替方向乘子法,基于实测数据确定模型的参数.该模型在考虑激光器的偏置电流受激光器温度影响的同时,还考虑了激光器内部参数之间的耦合关系.仿真结果显示,改进后的模型所得参数,代入经验L-I模型,在相同算法条件下,和实测数据之间的均方误差值比仅考虑激光器偏置电流受温度影响的L-I模型的参数估计方法降低了约1.61 d B.同时,在较高的温度下工作,改进L-I曲线工作电流的有效区间更大.     

有源耦合腔锁模激光器的调制特性

对有源耦合腕锁模激光器的调制特性作了理论研究，并就行波半导体激光放大器的增益饱和非线性引起的自相位调制对光脉冲影响的机理进行了详细的计算和分析，认为其对锁模脉冲的压缩调制具有重要意义，当参数选择合适时，能输出极好的压缩光脉冲。     

窄带滤光片精确波长激光器高频调制特性研究

采用窄带滤光片作为选频元件对精确波长激光器高频调制特性进行了小信号分析.优化设计了外腔长度,兼顾了激光器的阈值特性和工作稳定性;给出了适用于外腔情况的光子寿命表达式;讨论了外腔反射率、管芯与外腔耦合效率以及外腔长度对光子寿命的影响.数值分析结果表明该类型激光器的调制响应特性主要取决于等效光子寿命,受偏置电流影响不大.当外腔反射率为72%,管芯与外腔耦合效率为80%,等效外腔长度为9.7 mm时,光子寿命为100 ps,激光器的调制带宽约为2 GHz,适合于以太网无源光网络中波分多址技术应用的需要.     

硅基垂直腔面光发射器件的研制

为了实现与现有集成电路工艺兼容的全硅基发光器件,提出了一种新型硅基垂直腔面光发射器件结构。它采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法制备的非晶硅(或非晶氮化硅)/二氧化硅交替生长的多层薄膜结构为分布式Bragg反射器(DBR),以夹在上下两个Bragg反射器之间的非晶碳化硅薄膜为中间发光层。通过设计与模拟,分析了DBR中薄膜生长顺序与层数对器件性能的影响。最后研制出光致红光发射器件和电致蓝绿光发射器件,并给出了它们的光致和电致发光谱。结果显示了在光致和电致激发下非晶碳化硅的发光和DBR对光谱的限制增强作用。     

腔损耗调制Nd:YAG激光器的混沌控制研究

在腔损耗调制Nd:YAG激光器的前置偏置电压中加入正弦控制信号,通过调节控制信号的强度系数,将系统控制在不同的周期轨道上,能够提高输出功率的同时还得到了品质良好的激光输出.该控制方法算法简单,容易在工程上实现,对获得品质良好的高功率激光输出有较好的参考价值.