为了研究二维光子晶体完全带隙的规律，采用平面波展开法模拟了4种结构二维光子晶体，在固定光子晶体周期常数a的情况下，研究完全带隙随柱半径r的变化规律。研究发现，六角晶格空气孔型光子晶体的完全带隙出现在r=0.42~0.50 μm的范围，最大带隙宽度Δω1=0.08(ωa/2πc)；方形晶格空气柱型光子晶体在r=0.47~0.50 μm范围内存在完全带隙，带隙宽度Δω2=0.02(ωa/2πc)。完全带隙中心频率随r的增加而增加。六角周期和方形周期的GaAs介质柱型光子晶体不存在完全带隙。

理论分析了高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的器件特性与其分布布拉格反射镜(DBR)反射率的依赖关系, 并计算了具有不同有源区直径的VCSEL的输出特性.分析了具有不同有源区直径的VCSEL在不同DBR反射率条件下的连续输出特性曲线, 发现DBR反射率的改变会对有源区直径不同的VCSEL产生不同程度的影响.为了验证理论分析的结果, 进行了器件测试实验.实验结果表明, 有源区直径为500μm的VCSEL, 当其N-DBR反射率分别为99.7%及99.2%时, 在连续注入电流为6A时, 其输出功率分别为2.01W和2.09W；而有源区直径为200μm的VCSEL, 当N-DBR反射率为99.7%及99.2%时, 连续注入电流为3A时, 其输出功率分别为0.64W及1.12W.器件测试结果有效验证了理论分析的结论.

报道了优化p面电极的高功率高光束质量980nm垂直腔底面发射激光器(VCSEL).采用数学模型对VCSEL的电流密度进行了模拟计算, 发现电流密度分布由氧化孔直径和p面电极直径决定.确定氧化孔直径后, 优化p面电极直径可以实现电流密度的均匀分布, 抑制远场光斑中高阶边模的产生.将p面电极直径优化为580μm, 制作的600μm的VCSEL远场发散角从30°减小到15°, 优化器件的阈值电流和最高输出功率都略有增加.通过改进器件封装方式后, 器件输出功率达到2.01W, 激射波长为982.6nm.

报道了980 nm高功率低发散角垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。通过增大阵列单元的出光孔径和单元间距来减小阵列器件的电阻和热阻,制作的台面为直径250 μm,氧化孔径200 μm,单元间距280 μm的4×4二维阵列,与有源区面积相同的单管器件相比具有更高的输出功率。在室温连续工作条件下,阵列在注入电流6 A时最高输出功率为1.81 W,阈值电流为1.2 A,斜率效率为0.37 W/A,微分电阻为0.01 Ω。针对较大的远场发散角对单元器件有源区中电流密度分布进行了计算,分析了器件高阶横模产生的原因。使用镀制额外金层的结构来改善远场发散角,将半角宽度由30°压缩到15°以下,改进后器件的输出功率略有下降。60 ℃恒电流模式寿命测试结果显示器件在800 h后输出功率衰减小于10%。

研究了外部光反馈对980nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)振荡特性的影响.计算了垂直腔面发射激光器及边发射半导体激光器的光反馈灵敏因子.基于复合腔理论,分析了外部光反馈对垂直腔面发射激光器的阈值电流及微分量子效率等振荡特性参数的影响.实验结果表明,当反馈率为10%时,垂直腔面发射激光器的阈值电流由0.63A下降至0.59A,同时斜率效率和输出功率也有所下降.实验结果和理论分析符合得较好.

为了使垂直腔面发射激光器(VCSEL)实现大功率、高效率的激光输出,对p型分布布喇格反射镜(DBR)形成的同型异质结在界面处存在大势垒导致的高串联电阻和严重发热现象进行了研究。为降低串联电阻,实现VCSEL在室温下的大功率连续发射,分析了p型DBR异质结的势垒结构,对突变异质结的串联电阻进行了计算分析,提出降低势垒高度以及增加扩散浓度是减小串联电阻的主要途径,而漏斗状的掺杂能有效降低体电阻;通过对梯度渐变异质结的分析得出缓变结能有效降低势垒高度;而用Matlab对能带图的数值分析表明,Al0.1Ga0.9As/AlAs接触层中Al组分采取双曲线形式的渐变也能有效降低势垒高度,即降低串联电阻;此外,对于渐变区缓变结的比较表明,采用20~25 nm的渐变区宽度即可以得到比较低的势垒高度,同时也不会对DBR的反射率有太大的影响,是较合适的选择。

为了改善大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的模式特性, 在GaAs衬底上采用限制扩散湿法刻蚀技术制作出了不同曲率半径的微透镜, 与P型和N型分布式布拉格反射镜(DBR)构成复合腔结构, 可以对腔内模式进行选择。有源区采用新型的发射波长为980 nm的InGaAs/GaAs应变量子阱, 包括9对In0.2Ga0.8As (6 nm)/Ga0.18As0.82P(8 nm)量子阱, 有源区直径100 μm, 微透镜直径300 μm, 曲率半径959.81 μm, 表面粗糙度13 nm。室温下, 器件连续输出功率大于180 mW, 阈值电流200 mA, 远场发散角半角宽度分别为7.8°和8.4°, 并且与没有微透镜的垂直腔面发射激光器输出特性进行了比较。

报道了一种具有新型排列方式的垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)阵列。通过调制阵列中各单元直径以及单元间距,得到1 kW/cm2的高功率密度和高斯远场分布,且在工作电流0～6 A内远场发散角均小于20°。阵列由直径分别为200 μm,150 μm和100 μm成中心对称分布的5个单元组成,单元圆心间距分别为250 μm和200 μm。在室温连续工作条件下,阵列在注入电流4 A时达最大输出功率880 mW,斜率效率为0.3 W/A, 具有0.56 A的低阈值电流, 微分电阻0.09 Ω。与具有相同出光面积的4×4二维阵列相比, 这种新型阵列在出光功率、阈值电流、光谱特性及远场分布等方面均具有优越性。模拟了阵列各单元叠加后的近场远场光强分布,结果表明得到的新型阵列的远场分布与实验结果吻合较好。

High power bottom-emitting In0.2Ga0.8As/GaAs 4*4 two-dimensional vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) arrays, with high output power in the 980-nm wavelength regime are reported. At room temperature, the 16-element array with 200-micron aperture size of individual elements shows a continuous wave output power of 1.21 W with a lasing wavelength of 981.9 nm. Temperature dependent characteristics of VCSEL arrays with 90-micron aperture size of individual elements are investigated. The lasing wavelength, optical output power and threshold current are measured at various heatsink temperatures. With the increase of heatsink temperature, the maximum output power and slope efficiency are greatly decreased. A red shift of lasing wavelength and a widening of the lasing spectrum are also observed.

The technique of pulsed anodic oxidation is adopted in the fabrication of 980-nm bottom-emitting vertical-cavity surface-emitting lasers. A high-quality native oxide current blocking layer is formed with this method. A significant reduction of threshold current and a distinguished device performance are achieved. The threshold current of large aperture devices with active diameter up to 400 microns is as low as 0.45 A at room temperature, which is substantially lower than the lasers fabricated by SiO2 sputtering. The maximum continuous-wave output power is 0.83 W. The lasing peak wavelength is 990.2 nm, and the full width at half-maximum is 0.9 nm. Low lateral divergence angle of 15.3 deg. and vertical divergence angle of 13.8 deg. are obtained.