四極子量子級聯(lián)微腔激光器理論研究和工藝制作.pdf

1、四極子量子級聯(lián)微腔激光器帶來的光的方向性激射，解決了對稱型微腔激光器光的方向性激射的困難。本文簡單介紹了四極子量子級聯(lián)微腔激光器的由來和其相關(guān)的幾種激光器，應(yīng)用電磁場理論和介質(zhì)中的亥姆霍茲方程，詳細(xì)推導(dǎo)了任意截面微腔激光器的光場分布。并應(yīng)用于“體育場形狀”的變形的橢圓形微腔，結(jié)合“點(diǎn)匹配”方法用Mathmatica軟件模擬出不同變形因子情況下的光場分布，結(jié)果表明在m=1(基模)時(shí)能形成穩(wěn)定的光場分布，在φ=45°、φ=135°、φ=22

2、5°和φ=315°四個(gè)方向光輻射最強(qiáng)，有“蝴蝶結(jié)”模式特征，提高了光的方向性；同時(shí)也發(fā)現(xiàn)變形因子0.1<ε′<0.2時(shí)四極子微腔中只有“蝴蝶結(jié)模式”；而當(dāng)變形因子取較大值ε′=0.2時(shí)，在φ=90°和φ=270°附近出現(xiàn)了比較強(qiáng)的伴生光線，而且隨著變形因子的減小發(fā)現(xiàn)此伴生光線在逐漸減弱并消失；但是當(dāng)變形因子取較小的值(如ε′=0/06)時(shí)在φ=180°和φ=360°附近又開始出現(xiàn)伴生光線，所以變形因子并不是取很大或很小的時(shí)候最好，而是取

3、0.1～0.15時(shí)才能達(dá)到“蝴蝶結(jié)”模式的最佳效果；當(dāng)m≥2的高階模時(shí)，在微腔中不能形成這種光輸出現(xiàn)象，而且通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)在任何變形因子情況下高階模都不能形成穩(wěn)定的“蝴蝶結(jié)模式”，即高階模的光場分布沒有一定的規(guī)律，可能在激光器中不能形成穩(wěn)定的諧振。 在實(shí)驗(yàn)上用MOCVD技術(shù)生長650nm AlGaInP/GaInP多量子阱材料結(jié)構(gòu)外延片，用半導(dǎo)體微加工技術(shù)制備了最大半徑R=70tim，變形因子分別為0.06、0.1、0.15的四極