论文部分内容阅读
本论文的资助来源为：国家“863”高技术研究发展计划(批准号：2003AA311070)和集成光电子学国家重点联合实验室开放课题。 垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种新型半导体激光器。它具有低阈值、单纵模、发散角小、调制带宽大、便于二维集成等特点，在光通信、光互联、光信息处理和光集成元件等方面有着广泛的应用前景。近年来，对这种激光器的研究和应用有了很大进展。 本文充分考虑了激光器内部各种物理过程之间的重要相互作用，建立了VCSEL的温度模型、模式模型，并在此基础上研究了VCSEL的热特性、调制特性以及空间烧孔、模式竞争等行为，最后还利用速率方程对耦合型VCSEL进行了初步的研究。具体内容如下： (1) 研究了VCSEL的理论基础，从描述半导体激光器中载流子和光子相互作用的最基本的速率方程出发，全面考虑了载流子扩散、有源区漏电流、注入电流的不均匀性，以及温度变化等因素对VCSEL运行机制的影响，建立起VCSEL的仿真模型，详细论述了模型的建立和实现过程。 (2) 引入比较完备的VCSEL温度模型，考虑了对VCSEL工作起重要作用的热效应，研究了阈值对温度的依赖关系、输出光功率的热饱和下降现象以及温度对调制响应的影响，分析了VCSEL热效应的内在机制。 (3) 考虑VCSEL中载流子的空间分布和横向扩散，建立起VCSEL的二维速率方程模型。利用该模型，分析了电极的形状、位置以及注入电流的强度对激光器横模竞争特性的影响，而且考虑了光波模式角向分布的不均匀性，讨论了注入电流的角向分布对激光器模式选择的影响。 (4) 建立了简单的耦合型VCSEL的速率方程模型，在此基础上研究了耦合型VCSEL两个腔上的注入电流激光器模式输出的影响。