垂直腔面發(fā)射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）是一種被廣泛應(yīng)用于光通訊、氣體檢測以及3D傳感等領(lǐng)域的半導(dǎo)體激光器,具有低閾值電流、易于二維集成、高調(diào)制速率等優(yōu)勢。為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,本文設(shè)計了一種振蕩波長在900-940 nm附近調(diào)諧的內(nèi)腔液晶可調(diào)諧VCSEL�；跁r域有限差分法模擬光場在器件中的分布,獲得在各種液晶厚度和折射率下激光器的共振波長,并分析了該結(jié)構(gòu)獲得寬范圍波長調(diào)諧和偏振穩(wěn)定輸出的物理特性。設(shè)計的液晶可調(diào)諧激光器波長調(diào)諧范圍的模擬結(jié)果達到42.4 nm,并對偏振性進行模擬和實驗上的分析。主要的研究工作如下:1.結(jié)構(gòu)設(shè)計工作:液晶微腔結(jié)構(gòu)設(shè)計,包括高對比度光柵和液晶層,和半VCSEL器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計,包括有源區(qū)、分布式布拉格反射鏡和共振腔�；趪栏耨詈喜ɡ碚撛O(shè)計了一種利用液晶作為低折射率材料的Si/Si O2復(fù)合高對比光柵作為上反射鏡的內(nèi)腔液晶可調(diào)諧VCSEL,當(dāng)940 nm TM偏振光入射時,通過優(yōu)化各項參數(shù)得到寬帶（Δλ=256 nm）高反射率（R>99%）且具有偏振穩(wěn)定性的光柵結(jié)構(gòu),滿足VC... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

靜電調(diào)諧MEMS-VCSEL結(jié)構(gòu)示意圖

第1章緒論4為突破靜電力調(diào)諧的限制，在可移動的上DBR反射鏡中加入一層壓電晶體，可提高了器件調(diào)諧效率。該結(jié)構(gòu)的上部反射鏡采用P-i-N式結(jié)構(gòu)，由不同摻雜類型的AlGaAs構(gòu)成，i層為壓電晶體，如圖1.2a）和b）所示，其中a）為壓電可調(diào)諧VCSEL的三維結(jié)構(gòu)示意圖，b）是壓電可調(diào)諧VCSEL的側(cè)視圖。當(dāng)施加反向電壓時，沿垂直方向分布的電場經(jīng)過i型壓電層時會引起懸臂梁的彎曲變形。懸臂梁的位移將改變空氣隙的大小，進而達到波長轉(zhuǎn)換的目的[11]。制造了中心波長為850nm的壓電調(diào)諧VCSEL，連續(xù)波長調(diào)諧范圍為3nm，光功率大于1mW[12]。a)b)圖1.2壓電微機械可調(diào)諧VCSELa)三維結(jié)構(gòu)示意圖b)側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖將壓電材料換為電熱材料，就會得到圖1.3所示的電熱調(diào)諧VCSEL結(jié)構(gòu)示意圖，在熱層電極上施加調(diào)諧電壓會使懸臂梁發(fā)生形變，進而使腔體長度發(fā)生變化。2015年德國達姆施塔特工業(yè)大學(xué)制造出了中心波長為1554nm，連續(xù)單模調(diào)諧范圍為60nm的電熱可調(diào)諧VCSEL,最大輸出功率1.42mW[13]。圖1.3電熱調(diào)諧VCSEL示意圖此外，MEMS-VCSEL與高對比光柵結(jié)合也是近年來研究的熱點問題。2017年加州大學(xué)KevinT.Cook等人模擬了高對比光柵與VCSEL如圖1.4所示的耦合情況，得到以1060nm為激射中心波長、調(diào)諧范圍為73nm的MEMS-VCSEL，輸出功率0.24mW[14]。同年P(guān)ENGFEIQIAO等人利用2D網(wǎng)格型HCG作為可調(diào)諧VCSELs的理想反射鏡，反射率達到99.5%，制備的MEMS-VCSEL中心波長為1080nm，調(diào)諧范圍42.2nm，接近于使用1D光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)果，輸出功率達到0.68mW[15]。

第1章緒論4為突破靜電力調(diào)諧的限制，在可移動的上DBR反射鏡中加入一層壓電晶體，可提高了器件調(diào)諧效率。該結(jié)構(gòu)的上部反射鏡采用P-i-N式結(jié)構(gòu)，由不同摻雜類型的AlGaAs構(gòu)成，i層為壓電晶體，如圖1.2a）和b）所示，其中a）為壓電可調(diào)諧VCSEL的三維結(jié)構(gòu)示意圖，b）是壓電可調(diào)諧VCSEL的側(cè)視圖。當(dāng)施加反向電壓時，沿垂直方向分布的電場經(jīng)過i型壓電層時會引起懸臂梁的彎曲變形。懸臂梁的位移將改變空氣隙的大小，進而達到波長轉(zhuǎn)換的目的[11]。制造了中心波長為850nm的壓電調(diào)諧VCSEL，連續(xù)波長調(diào)諧范圍為3nm，光功率大于1mW[12]。a)b)圖1.2壓電微機械可調(diào)諧VCSELa)三維結(jié)構(gòu)示意圖b)側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖將壓電材料換為電熱材料，就會得到圖1.3所示的電熱調(diào)諧VCSEL結(jié)構(gòu)示意圖，在熱層電極上施加調(diào)諧電壓會使懸臂梁發(fā)生形變，進而使腔體長度發(fā)生變化。2015年德國達姆施塔特工業(yè)大學(xué)制造出了中心波長為1554nm，連續(xù)單模調(diào)諧范圍為60nm的電熱可調(diào)諧VCSEL,最大輸出功率1.42mW[13]。圖1.3電熱調(diào)諧VCSEL示意圖此外，MEMS-VCSEL與高對比光柵結(jié)合也是近年來研究的熱點問題。2017年加州大學(xué)KevinT.Cook等人模擬了高對比光柵與VCSEL如圖1.4所示的耦合情況，得到以1060nm為激射中心波長、調(diào)諧范圍為73nm的MEMS-VCSEL，輸出功率0.24mW[14]。同年P(guān)ENGFEIQIAO等人利用2D網(wǎng)格型HCG作為可調(diào)諧VCSELs的理想反射鏡，反射率達到99.5%，制備的MEMS-VCSEL中心波長為1080nm，調(diào)諧范圍42.2nm，接近于使用1D光柵結(jié)構(gòu)的結(jié)果，輸出功率達到0.68mW[15]。


本文編號：3234405