【摘要】：隨著科技的發(fā)展,人們對(duì)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨罅吭絹?lái)越大。近幾年來(lái)計(jì)算機(jī)的CPU數(shù)量從最初的單核發(fā)展為目前的幾十核,這大大提高了數(shù)據(jù)處理速度。而由于目前基于電子的信息處理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已經(jīng)接近電子速度的極限,為了提高信息的傳送速度人們開(kāi)始搭建全光網(wǎng)絡(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)中光源是必不可少的一部分。VCSEL由于其閾值電流較低,輸出光束為圓形對(duì)稱,具有較高耦合效率等特點(diǎn),作為較理想的半導(dǎo)體光源被廣泛應(yīng)用于光互聯(lián)、光通信等領(lǐng)域。隨著人們不斷的探索,在過(guò)去的幾十年中VCSEL的性能有了巨大的提高。但傳統(tǒng)的VCSEL出射光束的發(fā)散角一般為17°~20°,為了使激光束有更好的準(zhǔn)直效果,人們提出組合光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)、外延腔結(jié)構(gòu)、微透鏡結(jié)構(gòu)和光子晶體結(jié)構(gòu)等。但這些方法均有缺陷:組合光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu),外延腔結(jié)構(gòu)和微透鏡結(jié)構(gòu)難以集成;將光子晶體結(jié)構(gòu)引入VCSEL破壞了原有的布拉格反射層導(dǎo)致反射層的反射率降低,載流子入注效率下降。目前光模塊的集成化程度逐漸提高,這促使人們進(jìn)行光源與光學(xué)元件集成一體化的研究。納光子結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)小,易集成等特點(diǎn)使得其成為集成一體化研究中較好的選擇。本文主要對(duì)VCSEL與納光子結(jié)構(gòu)的集成一體化進(jìn)行研究。本文對(duì)FDTD算法、時(shí)間卷積PML、VCSEL基本結(jié)構(gòu)和理論、光子晶體能帶理論等進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文研究?jī)?nèi)容包括漸變折射率光子晶體空氣柱形狀和空氣柱參數(shù)漸變規(guī)律對(duì)聚焦性能的影響,二、三維光子晶體透鏡與VCSEL集成一體化和基于Si材料的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)與VCSEL集成一體化這三個(gè)部分,旨在設(shè)計(jì)出具有較好聚焦效果或者準(zhǔn)直效果的并可與VCSEL集成的納光子結(jié)構(gòu)。在對(duì)漸變折射率光子晶體的研究中發(fā)現(xiàn)矩形、正方形和部分圓形空氣柱切面光子晶體透鏡有突破衍射極限的能力。二、三維漸變光子晶體與VCSEL集成可分別得到一、二維的聚焦斑,并通過(guò)調(diào)節(jié)光子晶體在波傳輸方向上的周期得到聚焦帶的能量較大,聚焦斑的半高全寬較小,x、z兩個(gè)方向上半高全寬差值較小,并且聚焦斑形狀為圓形的可集成三維光子晶體結(jié)構(gòu)。對(duì)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)與VCSEL集成的仿真中,通過(guò)優(yōu)化外圍空氣孔的周期、周期個(gè)數(shù)以及半徑,光子晶體光纖的厚度和有無(wú)中心空氣孔這五個(gè)參數(shù)得到擁有較小發(fā)散角和較小偏振影響的可集成光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248

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