多波长氮化镓基表面发射激光器及其设计原理

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。