【摘 要】
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垂直腔面发射激光器(VCSEL)有单纵模、低阈值和光束近圆等优点.但随注入电流和工作温度的变化,VCSEL出射光偏振态会在两个正交偏振态上转换,有不可预测性.为实现偏振稳定
【机 构】
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北京工业大学 光电子技术省部共建教育部重点实验室,北京100124
【出 处】
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第12届全国发光学学术会议暨发光学相关产业研讨会
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垂直腔面发射激光器(VCSEL)有单纵模、低阈值和光束近圆等优点.但随注入电流和工作温度的变化,VCSEL出射光偏振态会在两个正交偏振态上转换,有不可预测性.为实现偏振稳定激射,我们设计了一种表面刻蚀亚波长光栅的VCSEL结构,结构如图1所示.所设计结构以980nm为中心波长,主要包括25对λ/4膜厚的N型GaAs/Al0.9Ga0.1As材料组成的下DBR反射镜,GaAs/In0.2Ga0.8As三量子阱有源区,氧化限制层和22对P型GaAs/Al0.9Ga0.1As上DBR反射镜.在上DBR反射镜表面刻蚀一维亚波长光栅,制作形成GaAs/Al0.9Ga0.1As/GaAs三层介质光栅.以严格耦合波理论和时域有限差分法为基础,分析了光栅参数对上反射镜反射率的影响.结果表明,光栅周期小于入射波长时,透射和反射光只有零级衍射.由于光栅的双折射效应,TE、TM波在光栅区产生相位差,造成反射率不同.随光栅占空比变大,TE、TM模反射率差先变大后减小,在0.6处达到最大.根据以上规律,我们优化了光栅参数.刻蚀后光栅周期200nm,占空比0.6,槽深220nm.优化后,上反射镜在980nm处对TE波反射率为99.95％以上,而TM波反射率仅有97％,如图2所示.这使两个正交偏振态的阈值增益产生差异,从而达到偏振控制的目的.经计算,TM模阈值增益大于TE模阈值增益,相差3倍以上.激射过程中,TE、TM模相互竞争,由于TE模有很小的阈值增益,因此会抑制TM模.使出射光仅包含TE模,实现偏振稳定激射.
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