2017
DOI: 10.1088/1674-1056/26/1/014203
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Single fundamental mode photonic crystal VCSEL with high power and low threshold current optimized by modal loss analysis

Abstract: The characteristics of the photonic crystal vertical cavity surface emitting lasers (PhC-VCSELs) were investigated by using the full vector finite-difference time-domain (FDTD) method through the transverse mode loss analysis. PhC-VCSELs with different photonic crystal structures were analyzed theoretically and experimentally. Through combining the dual mode confinement of oxide aperture and seven-point-defect photonic crystal structure, the PhC-VCSELs with low threshold current of 0.9 mA and maximum output po… Show more

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“…化孔径下实现了基横模激射 [10] 。伊利诺伊大学在 2009 年通过理论计算与实验结 果的比较,验证了 PC-VCSEL 中光子晶体孔对模式的损耗作用和由此导致的横 向限制作用,并提出有效的设计单模 PC-VCSEL 的方法 [11] 。2017 年设计制备出 可以相干耦合的离子注入型 PC-VCSEL 阵列,其调制带宽超过 30 GHz,证明了 其反向耦合和同相耦合都能明显的提高调制带宽 [12] 。同年,北京工业大学从理 论和实验上证明了七孔缺陷相比单孔缺陷可以引入更大的高阶模损耗和更低的 低阶模损耗, 通过理论设计的优化后获得了阈值电流 0.9 mA 和单模功率 3.1 mW 的七孔缺陷 PC-VCSEL [13] 。2020 年,报道了利用菱形氧化孔和光子晶体结构实 现偏振双稳态的 PC-VCSEL,11 mW 时实现了 TM 和 TE 模式的转换 [14] 。同年, 通过优化模式滤波器的厚度和直径,并将谐振腔长度调整为半波腔长,实现了 1.4 mW 的 940 nm VCSEL 基横模输出 [15] 。 本文计算了压应变 In 0.18 Ga 0.82 As/Al 0. 22 以得到量子阱中的子能级 [16] [17] , 由于 VCSEL 谐振腔很短, 所以位于谐振腔两侧的 N-DBR 和 P-DBR 需要具有很高的反射率。P-DBR 形成的同型异质结在界面处存在很大 的势垒会导致的较高的串联电阻 [18,19] 氧化工艺的引入, 使得 VCSEL 的阈值电流进一步降低 [21] , 我们选择 30 nm 厚的 Al 0.98 Ga 0.02 As 材料作为湿法氧化工艺中的高铝组分层,既能保证稳定的氧 化速度,又能在氧化后维持良好的机械稳定性 [22] 。为了获得最小的散射损耗,…”
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“…化孔径下实现了基横模激射 [10] 。伊利诺伊大学在 2009 年通过理论计算与实验结 果的比较,验证了 PC-VCSEL 中光子晶体孔对模式的损耗作用和由此导致的横 向限制作用,并提出有效的设计单模 PC-VCSEL 的方法 [11] 。2017 年设计制备出 可以相干耦合的离子注入型 PC-VCSEL 阵列,其调制带宽超过 30 GHz,证明了 其反向耦合和同相耦合都能明显的提高调制带宽 [12] 。同年,北京工业大学从理 论和实验上证明了七孔缺陷相比单孔缺陷可以引入更大的高阶模损耗和更低的 低阶模损耗, 通过理论设计的优化后获得了阈值电流 0.9 mA 和单模功率 3.1 mW 的七孔缺陷 PC-VCSEL [13] 。2020 年,报道了利用菱形氧化孔和光子晶体结构实 现偏振双稳态的 PC-VCSEL,11 mW 时实现了 TM 和 TE 模式的转换 [14] 。同年, 通过优化模式滤波器的厚度和直径,并将谐振腔长度调整为半波腔长,实现了 1.4 mW 的 940 nm VCSEL 基横模输出 [15] 。 本文计算了压应变 In 0.18 Ga 0.82 As/Al 0. 22 以得到量子阱中的子能级 [16] [17] , 由于 VCSEL 谐振腔很短, 所以位于谐振腔两侧的 N-DBR 和 P-DBR 需要具有很高的反射率。P-DBR 形成的同型异质结在界面处存在很大 的势垒会导致的较高的串联电阻 [18,19] 氧化工艺的引入, 使得 VCSEL 的阈值电流进一步降低 [21] , 我们选择 30 nm 厚的 Al 0.98 Ga 0.02 As 材料作为湿法氧化工艺中的高铝组分层,既能保证稳定的氧 化速度,又能在氧化后维持良好的机械稳定性 [22] 。为了获得最小的散射损耗,…”
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