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垂直腔面发射半导体激光器的研究.pdf102页
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西南交通大学博士学位论文
本文围绕着垂直腔面发射激光器 VCSELs 进行了系统而全面的研究，
介绍了VCSELs的发展历史、研究现状和应用前景。描述了VCSELs的结构
特点。比较了它与边发射激光器的不同之处。在同时考虑自发辐射效应和非
辐射衰减速率的影响下，得到了载流子浓度和光子密度与VCSELs结构特征
参数之间的严格解析解。针对有源区量子阱结构的特点，首次从理论上推导
了增益系数随注入载流子浓度呈对数变化的关系。从Maxwell方程组入手，
考虑到微腔效应，建立了适用于VCSELs的速率方程。在此基础上，导出了
阈值电流密度、最佳阱数、纵模频率、纵模间距、横模频率、横模间距、纵
模功率、延迟时间、弛豫振荡频率及调制响应与VCSELs结构特征参数之间
的关系。研究了降低VCSELs激射阈值的三个基本途径：选用量子阱有源层
实现微腔结构、采取多层介质反射膜作腔面以提高光腔反射率R、改进外延
生长层的微观质量和宏观平整度以降低各种损耗。预言了对确定的偏置，存
在一个最佳阱数使阈值电流密度达到极小值 计算表明VCSELs的纵模间距
为普通半导体激光器的几十倍，边模抑制比比普通激光器提高了二至三个量
级。纵模分布受到器件结构、温度、自发发射因子、增益特性等多方面因素
的影响。为了减小调制畸变，需要尽可能缩短延迟时间，为此采取提高激光
器预偏置电流。对于VCSELs提高弛豫振荡频率的方法是：提高光子密度；
提高微分增益；选择最佳腔长；降低稳态载流子浓度。自发辐射因子对弛豫
振荡的蜂值
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第二章光学谐振腔理论
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