宽范围、偏振稳定的850 nm液晶可调谐垂直腔面发射激光器特性

王小龙，邹永刚，郝永芹，马晓辉，刘国军

(长春理工大学, 吉林 长春 130022)

1 引 言

可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低阈值电流、单纵模、连续的波长调谐特性、圆形对称的光斑以及易于2D阵列等特点，在光通信、光储存、光谱学以及医疗等领域具有广阔的应用前景。特别地，在高速数据通信以及各种电信应用(尤其是光网络)中具有宽波长调谐范围的VCSEL已经成为最具竞争力的激光光源[1]。但是，传统的VCSEL由于其对称的波导结构使得偏振模式间的各向异性很弱，很难实现稳定的单偏振模式输出，在器件的工作温度和注入电流改变时，VCSEL会出现偏振模式间的切换现象[2-3]，一定程度上影响器件的工作性能。因此，面向实际应用的具有偏振稳定、宽波长调谐范围的VCSEL器件，一直以来都是研究领域的热点。目前，实现VCSEL偏振稳定常用的技术包括：非对称电流注入[4]、非对称氧化孔径[5]、表面浮雕[6]、选择性外延生长[7]、单层高对比度光栅结构[8]、内腔液晶[9]等。其中集成单层高对比度光栅(HCG)结构的VCSEL具有较优良的单偏振输出特性。HCG可完全替代传统VCSEL的上DBR反射镜结构，同时对两个正交偏振态光波之间引入较大反射率差，从而输出稳定的单偏振模式。Chang-Hasnain课题组报道的HCG-VCSEL结构具有稳定的单偏振模式能力，并且引入MEMS结构控制HCG产生位移，在一定范围内使VCSEL的输出波长可以连续调谐，该结构已经分别在850，1 060，1 550 nm等VCSEL的常用波段先后得到了证实[10-12]。2006年，Levalloisa等首次提出了通过腔内嵌入液晶层结构来实现对VCSEL输出偏振模式的调控[13]，利用液晶的双折射特性来增大腔内偏振模式间的阈值增益差，该方法同样可以使VCSEL具有稳定的单偏振模式输出特性。……