可调谐垂直腔面发射激光器

李保志，邹永刚

(长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室，长春130022)

引　言

与传统的边发射激光器不同，垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emithing laser,VCSEL)是一种光垂直于衬底表面发射的新型激光器[1]。自20世纪70年代被发明以来，VCSEL在光通信、光互联和光存储等领域都得到了广泛应用，并且在高性能计算机(high performance computing,HPC)、磁光记录仪、原子钟、电子控制产品(激光成像和制导、激光雷达)等领域也具有广泛的应用前景。VCSEL除了可在同一衬底上并列集成多个器件外，还具有圆形对称光斑、体积小、阈值低、单纵模、耦合效率高、调制速率高[2]等诸多优点。

一般的VCSEL器件发射波长是不变的。在密集波分复用通信系统(dense wavelength division multiplexing,DWDM)[3]中，若要得到波长不同的光需要将多个VCSEL集成在一起，这样会造成系统不稳定并增加了生产成本。至此，波长可调谐VCSEL的提法便应运而生。20世纪90年代初，美国加州大学伯克利分校的CHANG-HASNAIN研发出了第1个波长可调谐的VCSEL，波长调谐范围为19nm[4]。在近几十年的发展过程中，可调谐VCSEL的调谐范围大大增加，调谐方式也更为丰富，具体可分为静电调谐、压电调谐、电热调谐和液晶调谐4种调谐方式。国内外主要的研究机构有：中国科学院半导体研究所、长春理工大学、北京工业大学、德国达姆施塔特工业大学、法国布列塔尼欧洲大学和比利时根特大学等。

1　基本原理与结构

VCSEL发出的光垂直于芯片表面，正是基于这一特性，使得VCSEL易于2维集成形成阵列。同时VCSEL腔长极短使其纵模间距大[5]，所以容易得到单纵模输出。VCSEL具有小的谐振腔体积，其自发辐射因子远远高于边发射激光器，能够达到极低阈值条件下激射，极大地降低了器件的功耗和热能耗，延长了器件的使用寿命。……