與傳統(tǒng)的邊發(fā)射激光器(EEL)相比,垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)因其獨特的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用,例如:天然單縱模、低閾值電流、易于二維集成和圓形輸出光斑等。但因為VCSEL橫向尺寸較大,通常為多橫模激射,這一特性限制了VCSEL在光譜分析和光通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用。傳統(tǒng)實現(xiàn)單模的方法大多涉及到二次外延生長和精準的半導(dǎo)體刻蝕技術(shù),這些工藝使得制備單模器件變得復(fù)雜且難以統(tǒng)一控制,在批量大規(guī)模生產(chǎn)時存在許多障礙。針對大氧化口徑下實現(xiàn)單模激射的問題,本文通過表面浮雕技術(shù)和介質(zhì)膜浮雕技術(shù)抑制高階模式來獲得單模輸出;同時為了實現(xiàn)高溫穩(wěn)定工作,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中通過腔模失配來解決溫度對器件的影響。本實驗還通過不規(guī)則的橢圓形介質(zhì)膜浮雕來實現(xiàn)單模單偏振輸出,并討論了介質(zhì)膜對VCSEL的影響。首先對大氧化口徑VCSEL中進行模式分析,實現(xiàn)VCSEL單橫模激射需要了解橫向尺寸與模式分布的關(guān)系。為了提高VCSEL的單模輸出功率和減小器件的電阻所帶來的熱效應(yīng),本文選擇表面浮雕VCSEL中的氧化口徑為7μm,但7μm的氧化口徑大于傳統(tǒng)小口徑實現(xiàn)單模的條件,隨著電流的增加會出現(xiàn)多橫模激射的現(xiàn)象。為了解決這個問題,我們采用實現(xiàn)單模... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）的研究背景及意義
    1.2 高速VCSEL的研究進展
    1.3 掃描OCT的研究進展
    1.4 單模VCSEL的研究進展
    1.5 其他類型VCSEL的研究進展
    1.6 本論文的研究對象和結(jié)構(gòu)安排
        1.6.1 研究對象
        1.6.2 論文的結(jié)構(gòu)安排
第2章 垂直腔面發(fā)射激光器理論基礎(chǔ)
    2.1 垂直腔面發(fā)射激光器的類型和基本性質(zhì)
    2.2 垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)類型
    2.3 垂直腔面發(fā)射激光器的類型和基本性質(zhì)
        2.3.1 DBR反射鏡
        2.3.2 閾值增益
        2.3.3 縱模特性
        2.3.4 橫模特性
        2.3.5 側(cè)氧化特性
        2.3.6 溫度特性
    2.4 本章小結(jié)
第3章 垂直腔面發(fā)射激光器的模擬計算
    3.1 正相表面浮雕VCSEL
        3.1.1 單橫模的實現(xiàn)
        3.1.2 高溫穩(wěn)定工作的實現(xiàn)
    3.2 介質(zhì)膜浮雕VCSEL
    3.3 本章小結(jié)
第4章 單模VCSEL工藝流程
    4.1 MOCVD生長外延片
    4.2 清洗外延片
    4.3 光刻
    4.4 干法刻蝕
    4.5 側(cè)氧化過程
    4.6 蒸鍍電極
    4.7 減薄拋光
    4.8 本論文實驗的工藝流程
        4.8.1 正相表面浮雕VCSEL
        4.8.2 介質(zhì)膜浮雕VCSEL
    4.9 本章小結(jié)
第5章 VCSEL器件的測試結(jié)果與分析
    5.1 表面浮雕VCSEL測試分析
    5.2 圓形介質(zhì)膜浮雕VCSEL測試分析
        5.2.1 前期實驗準備工作
        5.2.2 圓形介質(zhì)膜浮雕單模VCSEL器件
    5.3 橢圓形介質(zhì)膜浮雕VCSEL測試分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[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]垂直腔面發(fā)射激光器濕法氧化工藝的實驗研究[J]. 侯立峰,馮源,鐘景昌,楊永莊,趙英杰,郝永芹.  光子學(xué)報. 2009(11)
[3]具有非均勻漸變界面DBR的光學(xué)特性分析[J]. 王小東,吳旭明,王青,曹玉蓮,何國榮,譚滿清.  物理學(xué)報. 2006(10)
[4]VCSEL的發(fā)展現(xiàn)狀和市場應(yīng)用[J]. 羅君.  光子技術(shù). 2003(04)

博士論文
[1]基橫模高功率垂直腔面發(fā)射激光器研究[D]. 解意洋.北京工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：2898840