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垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)有着许多优异特性,如低阈值、低功耗、易于制作二维阵列。将VCSEL制作成二维耦合阵列,则不仅可获得高功率,更可获得高光束质量的激光。如果阵列各单元工作在同相位,阵列的发散角与阵列单元数成反比,阵列单元数越多则远场发散角越小,以致得到近衍射极限的光束。 制备VCSEL耦合阵列的方法有很多,例如空气隙和反射率调制,但是这种阵列一般都工作在反相模式,其远场中心强度最弱,进而限制了其应用。利用光子晶体结构也能实现同相耦合VCSEL阵列,但是那样需要较复杂的制作工艺,而且难于控制。近期出现的质子注入限制VCSEL阵列方法工艺简单,其中质子注入区域既能实现较好的电流限制又能实现较好的光耦合,通过适合选择质子注入参数和阵列单元间距能够实现相干耦合阵列,但是以前报道的质子注入型阵列结构都是矩形结构,而六角结构阵列由于存在更多的等距最近单元数,因此单元之间存在更强的耦合,且对称性较好。 我们设计并利用简单的质子注入方法制备了六角结构VCSEL耦合阵列。主要有以下内容: (1)对质子注入限制型耦合理论进行了深入探究,并分析了同相模式和反相模式的条件; (2)利用FDTD-solution软件对六角耦合阵列的远场进行模拟,分析了单元间距对阵列耦合模式的影响; (3)对质子注入工艺进行了详细的探究,得到了合适的注入掩膜、注入能量,制备出性能好的器件; (4)对制作的六角结构耦合阵列在不同电流下进行了近场、远场和光谱特性测试分析。该阵列从阈值-30mA(3倍阈值)大电流范围内能够保持同相单模工作,并且分析了模式特性和耦合强度随电流变化的关系。