基于速率方程的垂直腔面發(fā)射激光器數(shù)值模擬與特性研究.pdf

1、本論文的資助來(lái)源為：國(guó)家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào)：2003AA311070)和集成光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開放課題。 垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種新型半導(dǎo)體激光器。它具有低閾值、單縱模、發(fā)散角小、調(diào)制帶寬大、便于二維集成等特點(diǎn)，在光通信、光互聯(lián)、光信息處理和光集成元件等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，對(duì)這種激光器的研究和應(yīng)用有了很大進(jìn)展。 本文充分考慮了激光器內(nèi)部各種物理過(guò)程之間的重要相互作用，建

2、立了VCSEL的溫度模型、模式模型，并在此基礎(chǔ)上研究了VCSEL的熱特性、調(diào)制特性以及空間燒孔、模式競(jìng)爭(zhēng)等行為，最后還利用速率方程對(duì)耦合型VCSEL進(jìn)行了初步的研究。具體內(nèi)容如下： (1)研究了VCSEL的理論基礎(chǔ)，從描述半導(dǎo)體激光器中載流子和光子相互作用的最基本的速率方程出發(fā)，全面考慮了載流子擴(kuò)散、有源區(qū)漏電流、注入電流的不均勻性，以及溫度變化等因素對(duì)VCSEL運(yùn)行機(jī)制的影響，建立起VCSEL的仿真模型，詳細(xì)論述了模型的建立和

3、實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 (2)引入比較完備的VCSEL溫度模型，考慮了對(duì)VCSEL~作起重要作用的熱效應(yīng)，研究了閾值對(duì)溫度的依賴關(guān)系、輸出光功率的熱飽和下降現(xiàn)象以及溫度對(duì)調(diào)制響應(yīng)的影響，分析了VCSEL熱效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制。 (3)考慮VCSEL中載流子的空間分布和橫向擴(kuò)散，建立起VCSEL的二維速率方程模型。利用該模型，分析了電極的形狀、位置以及注入電流的強(qiáng)度對(duì)激光器橫模競(jìng)爭(zhēng)特性的影響，而且考慮了光波模式角向分布的不均勻性，討論了注入