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摘要

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.

关键词:

Abstract

With the rapid development of information technology, a wavelength-tunable vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) is urgently needed as an optical signal source in dense wavelength division multiplexing (DWDM). Liquid crystal tunable VCSEL realized by utilizing the birefringence characteristics of liquid crystal has the advantages of stable polarization, high reliability, continuous wavelength tuning. In this paper, a liquid crystal tunable VCSEL structure based on intracavity sub wavelength grating is designed, and the influence of liquid crystal layer and sub wavelength grating on the wavelength tuning characteristics of VCSEL are analyzed and studied in depth. The results show that the thickness of the liquid crystal layer in the tunable VCSEL structure not only affects the wavelength tuning range, but also determines the mode hopping in the tuning process. In addition, an effective refractive index antireflection layer is formed by designing the subwavelength grating structure, and the refractive index difference between the liquid crystal layer and the semiconductor layer is optimized to further improve the wavelength tuning range and tuning efficiency. When the center wavelength is 980 nm, the tuning range is increased by 42%, reaching 41 nm, and the wavelength tuning efficiency is increased by 41%. It provides a new method of designing the VCSEL laser with high beam quality and continuous wavelength tuning.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:关宝璐,gbl@bjut.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金 (批准号: 61575008, 61775007)、北京市自然科学基金(批准号: 4172011)和北京市教育委员会(批准号: 040000546319525, 040000546618006)资助的课题

Authors and contacts

Corresponding author:Guan Bao-Lu,gbl@bjut.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61575008, 61775007), the Natural Science Foundation of Beijing City, China (Grant No. 4172011), and the Beijing Municipal Commission of Education of China (Grant Nos. 040000546319525, 040000546618006).

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