【摘 要】
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垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL）是一种出光方向垂直于谐振腔表面的半导体激光器，具有体积小、阈值低、光束方向性好、动态调制频率高、
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垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称VCSEL）是一种出光方向垂直于谐振腔表面的半导体激光器，具有体积小、阈值低、光束方向性好、动态调制频率高、易成阵列、易耦合、易检测等优点，成为芯片间光互连应用的理想光源。科技工作者为了提升VCSEL器件的工作性能对其做了大量的研究工作，并取得了显著的成效。目前，1.55μm VCSEL器件的最大调制带宽已经达到了19GHz，不过，商用光电探测器的带宽却已经超过60GHz。如何进一步拓展VCSEL器件的带宽成为了近几年科研领域的一大热点。本文分别从光学、电学以及热学三个方面分析了VCSEL器件工作过程中的物理机理，建立了分析VCSEL器件稳态和小信号特性的速率方程模型。VCSEL器件的分布布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflector，简称DBR）采用了折射率差比较大的GaF2/α-Si介质材料，谐振腔的光学长度被缩短为1λ。同时，使用Matlab软件对优化了的VCSEL器件的稳态和小信号速率方程模型进行了模拟仿真，并对仿真结果进行了分析。仿真结果表明：优化的VCSEL器件的阈值电流密度Jth减小为2.04kA/cm2；饱和松弛响应频率fR,sat增大为34.5GHz，相比于3λ谐振腔提升超过了50%；K因子减小为0.057ns，相比于3λ谐振腔至少降低了30%；最大-3dB带宽拓宽为30.5GHz，与目前此波段的最大带宽（19GHz）相比，约提高了57%。
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