探索垂直腔面发射半导体激光器的研究

《探索垂直腔面发射半导体激光器的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西南交通大学博士学位论文垂直腔面发射半导体激光器的研究姓名：张晓霞申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：陈建国2000.12.1西南交通大学博士学位论文摘要本文围绕着垂直腔面发射激光器(VCSELs)进行了系统而全面的研究，介绍了VCSELs的发展历史、研究现状和应用前景。描述了VCSELs的结构特点。比较了它与边发射激光器的不同之处。在同时考虑自发辐射效应和非辐射衰减速率的影响下，得到了载流子浓度和光子密度与VCSELs结构特征参数之间的严格解析解。针对有源区量子阱结构的特点，首次从理论上推导了增益系数随注入载流子浓度呈对数变化的关系。从Maxwell方

2、程组入手，考虑到微腔效应，建立了适用于VCSELs的速率方程。在此基础上，导出了阈值电流密度、最佳阱数、纵模频率、纵模间距、横模频率、横模间距、纵模功率、延迟时间、弛豫振荡频率及调制响应与VCSELs结构特征参数之间的关系。研究了降低VCSELs激射阈值的三个基本途径：选用量子阱有源层实现微腔结构、采取多层介质反射膜作腔面以提高光腔反射率R、改进外延生长层的微观质量和宏观平整度以降低各种损耗。预言了对确定的偏置，存f在一个最佳阱数使阈值电流密度达到极小值{计算表明VCSELs的纵模间距＼为普通半导体激光器的几十倍，边模抑制比比普通激光器提高了二至三个量级。纵模分布受到器

3、件结构、温度、自发发射因子、增益特性等多方面因素的影响。为了减小调制畸变，需要尽可能缩短延迟时间，为此采取提高激光器预偏置电流。对于VCSELs提高弛豫振荡频率的方法是：提高光子密度；提高微分增益；选择最佳腔长；降低稳态载流子浓度。自发辐射因子对弛豫振荡的蜂值有很大的影响。由于VCSELs的有源区为量子阱结构，具有较高的微分增益，同时有源区体积小具有微腔结构，因而改善了它的各项性能，、也大大提高了弛豫振荡频率，从而增加了调制带宽一关键词：垂直腔面发射，、半导体激光器，。速率方程，。稳态特性，动态特性西南交通大学博士学位论文ABSTRACTThisworkisaimedt

4、ostudyverticalcavitysurfaceemittinglasersrVCSELs)．StartingfromMaxwellequations，thestructureofquantumwellandmicrocavityeffectareusedtoobtainrateequationsforVCSELs．Usingamethodforfindinganalyticresolutionofthisrateequations，wehavegottherelationofthresholdcurrent，optimumwellnumbers，outputpo

5、wer，carrierdensity，longitudinalmodefrequency，longitudinalmodespacing，transversemodefrequency，transversemodespacing，turnondelay，relaxationoscillationsandmodulationresponseonvariousdeviceparametersofVCSELs．TherearethreewaystoreducethethresholdcurrentofVCSELs：usesquantumwellmaterialastheact

6、ivemediumtoprovidemicro—cavity’Sstructure．usesmultilayermediumasthefacetstoincreasesthereflectivity，improvesepitaxytechniquetoreduceloss．Analyticrresolutionofrateequationsfornonradiativedepopulationandspontaneousemissionisderived．ItisshownthatVCSELshavelargelongitudinalmodespacingandhigh

7、suppressionratioofneighboringlongitudinalmodecomparedtoedge-emittingsemiconductorlasers．Longitudinalmodedistributioniseffectedbythestructureofdevice，temperature，spontaneousemissionfactor，gaincharacteristicsandSOon．Inordertoreducethemodulationdistortion．itiSusuallyincrease