垂直腔面发射激光器(VCSEL)较之传统的边发射激光器来说具有低阈值、单纵模工作、发散角小、动态调制频率高、易实现二维集成等优点,在光通信、光互联、图像信号处理等方面有着重要的应用前景。由于VCSEL是面发射并且器件结构一般为圆对称结构,所以材料增益和波导各向异性效应大大降低,输出光一般为椭圆偏振光,并且偏振的稳定性远不如边发射激光器。由于VCSEL的腔长很短,一般为几微米到几十微米之间,所以极易实现单纵模工作。 本文从理论和实验上对VCSEL的偏振特性和光谱特性进行了研究,具体工作可以概括如下: 1、在不考虑温度和应力的作用下,通过四能级偏振动力学模型,研究了随着注入电流以及各向异性的变化引起的VCSEL的出射偏振光的强度、频率和相位变化,并通过实验测量了VCSEL的出射偏振光随着注入电流的变化。 2、我们对影响VCSEL的光谱特性做了深入的研究,总结出了VCSEL光谱特性的一些特点,并总结了影响VCSEL光谱特性的一些因素。通过自行设计实验,测量了几个不同VCSEL的光谱特性,对测量出的光谱特性做了一些理论上的解释,并对优化VCSEL光谱做了分析和研究。 3、对VCSEL的偏振特性和光谱特性之间的关系做了初步的研究,提出了自己的看法,即我们认为在偏振转换的过程中,容易看到VCSEL的两个纵模距离很近,而当某一方向的偏振光很强,另一方向的偏振光很弱的情况下,我们往往容易实现VCSEL单纵模工作。 结果表明影响VCSEL输出光偏振不稳定性的因素是各向异性效应和注入电流。理论上得出了随着注入电流的增加,偏振光发生变化;实验上测量出了随着注入电流的增加,偏振光的方向发生变化的过程。而对于光谱特性,理论上可以实现单纵模工作,不过实现单纵模工作的条件比较复杂。