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多波长氮化镓基表面发射激光器及其设计原理

DOI：10.1002/andp.201900308 期刊：Annalen der Physik 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 基于氮化镓的垂直腔面发射激光器（VCSELs）通过巧妙设计的非对称InGaN量子阱（AS-QWs）实现了双波长激光运作。两种激光模式展现出完全正相关的偏振依赖特性，其偏振度高达98%。仅需调节泵浦能量即可连续改变激光输出的组分与强度，使该氮化镓VCSELs具备波长选择与切换功能。理论分析与实验测量表明：光学增益强度、有源层与光场的耦合（即电子-光子相互作用）、载流子隧穿效应及光子再吸收过程对多波长激光机制起关键作用。研究还详细阐述了非对称量子阱与多堆叠尺寸渐变量子点（MS-QD）有源区的设计原理，为氮化镓面发射激光器的可控多波长发射提供指导。这些成果不仅深化了对氮化物微腔系统激光机制的理解，更揭示了此类系统中电子-光子耦合的基本问题。重要的是，这种可控多波长激光运作有望将氮化镓VCSELs拓展至传统技术难以实现的领域，如触发器电路、超高速开关，以及拉曼激光器与传感器等功能器件。
作者： Guoen Weng，Shaoqiang Chen，Yang Mei，Yuejun Liu，Hidefumi Akiyama，Xiaobo Hu，Jianping Liu，Baoping Zhang，Junhao Chu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究基于氮化镓的垂直腔面发射激光器（VCSELs）中采用巧妙设计的非对称InGaN量子阱（AS-QWs）实现双波长激光运作及其设计原理。

研究成果

该研究展示了基于氮化镓且具有应变量子阱有源区的垂直腔面发射激光器（VCSELs）中可控的双波长激光运行，为电子 - 光子耦合及多波长发射的设计原理提供了见解。该结果拓展了氮化物基垂直腔面发射激光器的潜在应用。

研究不足

该研究仅限于光学泵浦实验，未涵盖电学泵浦。诸如激光剥离（LLO）和化学机械抛光（CMP）等制备工艺具有挑战性，可能会影响器件性能。

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