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本论文结合国家“863”计划“基于微小孔径激光器的近场光存储器”,详细研究了微小孔径激光器(Very-Small-Aperture Laser,VSAL)的制作工艺,器件光电特性、器件近场光学特性和器件应用,并结合当前纳米光电子领域的多个研究热点探讨了新型VSAL的优化设计与制作等,主要结果归纳如下:
一.器件制造:
1.深入研究了微小孔径激光器的制作工艺,发现了导致器件成品率低的工艺原因并提出了改进方案,大大提高了器件成品率,降低了器件制造成本。研制出了孔径大小300nm×300nm,最高远场出光功率达到0.6—1毫瓦的微小孔径激光器,是目前所见国际报道中最高出光功率的微小孔径激光器。
二.性能表征:
2.分析了微小孔径激光器的器件性能,发现了此类器件与普通半导体激光器不同的特性,包括功率.电流曲线和阈值电流大小的异常变化,光谱位置的红移现象,器件寿命特性的缺陷等等,并将这些特性与器件结构的特殊性相联系,讨论了引起这些特性的物理解释。
3.深入分析了适用于微小孔径激光器器件性能的物理模型,从半导体激光器的基本理论出发,详细模拟了微小孔径激光器功率.电流曲线和阈值电流大小的异常变化,理论结果和实验结果很好的吻合。
三.器件应用:
4.创新性的利用微小孔径激光器对亚波长光栅数据进行了近场扫描,是国际上首次实际利用此器件在二维平面内实现亚波长数据读取的研究报道,提出并研制出了有源探针型近场扫描探针显微镜的新型实验装置。
四.器件优化:
5.首次提出并研制出油浸增透型微小孔径激光器,得到了十分明显的实验结果:实验中观测到油浸后远场功率增加了25%,从实验上证明了油浸增透型微小孔径激光器的可行性。
6.利用FDTD方法模拟研究了C型微小孔径在近场光能量增强和光斑尺寸限制上的优越特性,并根据模拟结果分析了其电动力学的物理机制。
7.利用FDTD方法模拟研究了表面等离子体调制型微小孔径激光器的光学特性,并进一步模拟分析了该器件在远场高密度数据读写中应用的可行性。和普通的单孔微小孔径激光器相比,该器件具有较高输出功率和较小空间发散角度等优点,可能可以应用于远场高密度数据存储领域,有望大大降低实验难度。