垂直腔表面發(fā)射激光器與納光子結(jié)構(gòu)的集成一體化研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨罅吭絹碓酱蟆＝鼛啄陙碛嬎銠C的CPU數(shù)量從最初的單核發(fā)展為目前的幾十核，這大大提高了數(shù)據(jù)處理速度。而由于目前基于電子的信息處理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已經(jīng)接近電子速度的極限，為了提高信息的傳送速度人們開始搭建全光網(wǎng)絡(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)中光源是必不可少的一部分。VCSEL由于其閾值電流較低，輸出光束為圓形對稱，具有較高耦合效率等特點，作為較理想的半導(dǎo)體光源被廣泛應(yīng)用于光互聯(lián)、光通信等領(lǐng)域。
　　隨著人們不斷的探

2、索，在過去的幾十年中VCSEL的性能有了巨大的提高。但傳統(tǒng)的VCSEL出射光束的發(fā)散角一般為17°~20°，為了使激光束有更好的準直效果，人們提出組合光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)、外延腔結(jié)構(gòu)、微透鏡結(jié)構(gòu)和光子晶體結(jié)構(gòu)等。但這些方法均有缺陷：組合光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)，外延腔結(jié)構(gòu)和微透鏡結(jié)構(gòu)難以集成；將光子晶體結(jié)構(gòu)引入VCSEL破壞了原有的布拉格反射層導(dǎo)致反射層的反射率降低，載流子入注效率下降。目前光模塊的集成化程度逐漸提高，這促使人們進行光源與光學(xué)元件集成一體化

3、的研究。納光子結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)小，易集成等特點使得其成為集成一體化研究中較好的選擇。
　　本文主要對VCSEL與納光子結(jié)構(gòu)的集成一體化進行研究。本文對FDTD算法、時間卷積 PML、VCSEL基本結(jié)構(gòu)和理論、光子晶體能帶理論等進行了詳細介紹。本文研究內(nèi)容包括漸變折射率光子晶體空氣柱形狀和空氣柱參數(shù)漸變規(guī)律對聚焦性能的影響，二、三維光子晶體透鏡與 VCSEL集成一體化和基于 Si材料的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)與VCSEL集成一體化這三個部分，旨

4、在設(shè)計出具有較好聚焦效果或者準直效果的并可與VCSEL集成的納光子結(jié)構(gòu)。
　　在對漸變折射率光子晶體的研究中發(fā)現(xiàn)矩形、正方形和部分圓形空氣柱切面光子晶體透鏡有突破衍射極限的能力。二、三維漸變光子晶體與VCSEL集成可分別得到一、二維的聚焦斑，并通過調(diào)節(jié)光子晶體在波傳輸方向上的周期得到聚焦帶的能量較大，聚焦斑的半高全寬較小，x、z兩個方向上半高全寬差值較小，并且聚焦斑形狀為圓形的可集成三維光子晶體結(jié)構(gòu)。對光子晶體光纖結(jié)構(gòu)與VCSEL