王志鹏 关宝璐 张峰 杨嘉炜

(北京工业大学信息学部,光电子技术教育部重点实验室,北京 100124)

随着信息技术的快速发展,可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)逐渐成为密集波分复用通信技术(DWDM)中的重要光源.通过利用液晶(LC)的双折射特性所实现的液晶可调谐VCSEL 具有偏振稳定、可靠性高、连续波长调谐等优点.本文设计了一种基于内腔亚波长光栅的液晶可调谐VCSEL 结构,并对液晶层和亚波长光栅对VCSEL 波长调谐特性的影响进行了详细分析与研究.结果表明,可调谐VCSEL 结构中液晶层厚度不仅影响波长调谐范围,同时决定了VCSEL 激光器调谐过程中模式跳变.此外,通过对亚波长光栅结构设计,形成了有效的折射率减反层,优化液晶层与半导体层界面折射率差,进一步的提高波长调谐范围和调谐效率.当中心波长为980 nm 时,调谐范围提升了42%,达到41 nm,波长调谐效率提升41%.为实现高光束质量、连续稳定波长调谐的VCSEL 激光器提供了一种新的设计方法.

1 引言

可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有圆形对称光斑,易于二维集成,波长调谐范围宽和高速调制等优点[1−4],因此被广泛用于光通信、生物传感、医学成像扫描等领域[5−8].前期研究表明,VCSEL 激光器可以通过微机械的方式来实现波长可调谐,包括电热调谐[9]、静电调谐[10]、压电调谐[11]等,但这种微机械结构在调谐过程中易受到温度、共振等外界因素的影响,性能不稳定且成本高昂.相比机械调谐方式,利用液晶双折射效应不仅实现波长……