39垂直腔面发射激光器及其进展
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39垂直腔面发射激光器及其进展
LaserTechnology&Applicat；垂直腔面发射激光器及其进展；赵路民1,2王青1宁永强1王立军1；(1中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林；(2吉林大学电子科学与工程学院,吉林长春1300；大幅降低,而且激光束的发散角度随波长变化而1引言；光电子技术在网络、存储器等方面的应用与多媒体信息；要实现充分利用光的并行性的系统,大规模地进行二
LaserTechnology&Applications　　　　　OMEInformation　　　　　No.7,Jul.2003垂直腔面发射激光器及其进展赵路民1,2　王　青1　宁永强1　王立军1(1中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022)(2吉林大学电子科学与工程学院,吉林长春130026)大幅降低,而且激光束的发散角度随波长变化而1　引　　言　　光电子技术在网络、存储器等方面的应用与多媒体信息社会的发展息息相关,对信息社会的发展始终起着至关重要的作用。在世界范围内的信息基础设施配置中,人们对以光纤通信为代表的光电子技术寄予厚望。瞬间传送处理图像等大规模信息技术愈益重要,在并行传递空间信息的超并行光传输系统、连接多台计算机或LSI芯片的并行光互连及光并行信息处理系统中,新兴的并行光电子技术起主导作用。要实现充分利用光的并行性的系统,大规模地进行二维集成化的并行光器件十分重要。为适应这种需求,人们开始探索一种新型结构的半导体激光器―――垂直腔面发射半导体激光器。变化;(c)为有源区直径及腔长仅为微米量级的微腔结构,容易实现低阈值(Ith),具有较高的(a)45°镜面型(b)光栅耦合型2　垂直腔面发射激光器的结构及特点　　所谓垂直腔面发射激光器(VCSEL),是指从垂直于衬底面射出激光的半导体激光器。这种激光器主要有三种结构:(a)45°镜面型;(b)光栅耦合型;(c)垂直腔型(如图1所示)。　　(a)所示的激光器采用45°倾斜反射镜结构,其反射特性完全依赖于内部反射镜的倾角和平整度,工艺制作困难,且存在光束畸变问题;(b)采用高阶耦合光栅结构,尽管可以获得发散角小的窄细光束,但其反射光的大部分进入了衬底,使效率(c)垂直腔型图1　各种结构的垂直腔面发射激光器微分量子效率;所以,(c)是垂直腔面发射激光器中最理想的结构,而边发射激光器(EEL)是指从?18?2003年第7期激光技术与应用　　　　　　　光机电信息　　　　　　　　　平行于衬底面射出激光的半导体激光器。图2是这两种激光器的出光方向对比。与传统的边发射激光器相比,垂直腔面发射激光器具有诸多优点:?具有较小的远场发散角,发射光束窄且圆,易与光纤进行耦合;?阈值电流低;?调制频率高;?在很宽的温度和电流范围内均以单纵模工作;?不必解理,即可完成工艺制作和检测,成本低;?易于实现大规模阵列及光电集成。图2　EEL和VCSEL的出光方向对比可分为增益导引和环行掩埋异质结两种。有源区3　典型垂直腔面发射激光器的结构　　自1977年Iga提出制作VCSEL的设想,该技术的进展一直比较缓慢,而直到1989年实现室温连续波运行,VCSEL方引起人们的广泛关注。首先是量子阱结构材料生长技术,以及近年来的应变量子阱和应变补偿量子阱结构的引入;其次是高反射率布喇格发射器技术的引入,使其性能得到了更大改善。由于VCSEL具有微腔结构,从而使现行激光器的动态特性得以改善。上下是反射器:一种是介质膜反射器;另一种是分布布喇格反射器(DBR)。图3为垂直腔面发射激光器结构。该结构由镜面、有源层和金属接触层组成。2个发射镜分别为n型和p型DBR堆的布喇格发射器。有源区由1～3个量子阱组成。有源区的两侧是限制层,一方面起限制载流子的作用,另一方面调节谐振腔的长度,使其谐振波长正好是所需要的激光波长。在衬底和p型DBR的外表面制作金属接触层,形成欧姆接触,并在p型DBR上制成一个圆形出光窗口,输出圆形的激光束。4　垂直腔面发射激光器中的应变量子阱有源区　　1975年,第一个量子阱激光器诞生。1982年,贝尔实验室研制成功0.25kA/cm2的量子阱图3　垂直腔面发射激光器结构激光器。量子阱激光器的阈值电流现已达到0.2mA;因此,采用量子阱作为半导体激光器和半导VCSEL主要结构分为两部分:中心是有源体激光放大器的有源区已成为必然趋势。近年来,应变量子阱结构已用于VCSEL器区,包括体异质结和量子阱两种结构;其侧向结构?19?LaserTechnology&Applications　　　　　OMEInformation　　　　　No.7,Jul.2003件的有源层,使器件的性能得到进一步优化。国内已报道的采用应变量子阱结构的VCSEL的阈值电流密度为145A/cm2,国际上已达到低于100A/cm2的水平。激射波长得到扩展,填补了晶格为理想的集成光电子有源器件和空间光学及光计算机并行处理的关键器件。VCSEL的高速响应特别适于计算机中的芯片光互连和自由空间光互连。在高速长距离数据传输中,直接调制VCSEL在波长为980nm时传输速率为10Gb/s,长波长μm时传输速率为2.5Gb/s,传输距离达1.55200km。VCSEL极易实现高密度的平面阵列集成,可匹配材料发射波长的盲区,更高的增益系数改善了线宽、调制频率和特征温度等特性。这一系列优点为发展新兴人工改性材料和研制新型光电器件开拓了一个崭新的领域。用于图像处理与模式识别,还可用于光神经网络5　垂直腔面发射激光器计算技术和多值逻辑等新型电路。VCSEL的谐振腔非常小,因此可做成高速率的光开关。控制二维列阵中各VCSEL的位相可以控制输出光的相干性。通过对各个VCSEL激射光的锁模效应,可以获得方向性很强的大功率激光输出。VCSEL还是各种固体激光器的理想泵浦光源。的制作过程　　VCSEL的各个半导体层是采用分子束外延(MBE)或金属有机化学汽相沉积(MOCVD)方法在GaAs衬底上外延生长而形成的,大约需100多层,而每层的厚度只有几纳米。在晶体生长中每层的厚度必须得到很好的控制,因为它对激射波长和最终的成品率都有重要的影响;因此,在外延过程中要确保整个外延层的均匀性。目前国内在外延生长方面,尤其在生长高反射率的分布布喇格反射器(DBR)方面和国外还有一定的差距。VCSEL的横向结构通常用刻蚀法形成台面它适宜与光纤实现高效率耦合,满足高密度光盘的读写光源的要求。在光纤通信中,随着局域网带宽的拓展,千兆位以太网对多模光发射器和光纤提出了新要求。短波长850nm激光器已展现出良好的应用前景。μm波段而言,由于长波长VC2对于1.3～1.55SEL材料的折射率差值小,使得DBR的周期数增结构,或用质子注入法及特殊氧化法等。这些方法均有各自的优缺点。刻蚀法可分为湿法化学刻蚀和干法刻蚀两种。近年来,为降低阈值电流和提高效率,优先选用氧化AlAs层的方法。这种方法是在420℃的高温下,用氮气携带80℃的水蒸气对AlAs层中的铝进行氧化,形成AlxOy绝缘层,对载流子进一步限制。大,工艺制作仍比较困难。7　垂直腔面发射激光器的最新进展　　长波长垂直腔面发射激光器μm波段对光纤通信而言,波长在1.3～1.55的VCSEL特别重要,但由于长波长VCSEL材料的折射率差小,以致DBR的对数要大幅增加,衍射损耗显著增大,且无法达到>99.5%的反射率。为解决这个问题,可采取两种途径:采用晶片熔合的GaAs/AlAs反射镜和电介质反射镜。晶片熔合可以解决长波长衬底材料InP与GaAs/AlAs晶格不匹配的问题。6　垂直腔面发射激光器的应用　　随着光互连及二维光信息处理的发展,对微小尺寸、极低功率和高集成激光器阵列的需求将提上日程。VCSEL具有高密度、高传输率、高并行光输出及方便地进行二维空间组合的特点,成?20?2003年第7期激光技术与应用　　　　　　　光机电信息　　　　　　　　　　　高效率氧化物限制垂直腔面发射激光器阈值电流是VCSEL的重要品质因数,但关键的参数还包括电光功率的转换效率和输出光功率。在年间,VCSEL所取得的最新进展通常为毫安级阈值电流和毫瓦级输出功率,但电光转换效率一直很低,约为6%～7%,其主要原因是反射镜层的串联电阻很大,且缺少约束电流的手段,以致不能使电流有效注入激活区。湿热氧化制造法使激光器获得优良的效率(50%μA),目前～60%)和极低的阈值电流(几十～100已作为VCSEL优先选用的制造技术。波长可调谐垂直腔面发射激光器这种激光器具有超短腔,比边缘发射激光器短2个数量级以上;因此,一般只有一个确定激光波长的法布里2珀罗模。腔长稍作变动就可以相应改变激光器振荡波长。这种激光器可进一步降低局域网的成本,因而在光通信领域有着广阔的应用前景。为980nm,阈值电流为1.1A时的最高输出光功率为0.89W;在10ns脉冲下,峰值功率达10W。这是目前报道的VCSEL的最高功率值。1993年前后,中国科学院半导体所、北京大学、吉林大学等单位开始研制半导体垂直腔面发射激光器和微盘激光器。中国科学院半导体所采用MBE法生长多层DBR和量子阱,结合质子轰μm、击半导体工艺,实现了激射波长为0.86阈值为8mA的面发射激光器。1995年VCSEL最低阈值降低到1.5～2mA。1997年使用选择性氧化工艺制造出阵列VCSEL,同时研制了其他波长的半导体面发射激光器。吉林大学在VCSEL的研究方面亦取得新进展。2000年,有关科研人员对半导体面发射微腔激光器的自发发射进行了深入的研究。9　未来前景　　制备高反射率的DBR、长波长材料的晶格匹8　国内外研究状况　　国外许多国家和大公司目前均从事VCSEL的研究,其中包括桑迪亚国家实验室、贝尔实验室、日本东京工业大学、德国ULM大学等。德国ULM大学在2001年报道了有源区直径为配问题,以及大功率的散热问题一直是制约垂直腔面发射激光器发展的主要瓶颈;但高性能,长、短波长,单模工作的垂直腔面发射激光器的性能将在研究人员的努力下得到进一步的提高。垂直腔面发射激光器必将在光网络、光互连、光集成电路等方面有着广阔的应用前景,必将拥有光辉灿烂的未来。(No.4)μm的VCSEL在室温连续工作下,激射波长320?21?三亿文库包含各类专业文献、外语学习资料、生活休闲娱乐、中学教育、各类资格考试、文学作品欣赏、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、39垂直腔面发射激光器及其进展等内容。　
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据麦姆斯咨询报道，2015年VCSEL（垂直腔面发射激光器）市场规模为9.546亿美元，至2022年预计将增长至31.241亿美元，年期间的复合年增长率可达17.3%。VCSEL凭借其紧凑的尺寸、高可靠性、低功耗以及较低的制造成本而应用广泛。而汽车产业电气系统对VCSEL的应用增长，正推动整个VCSEL的市场增长。
本报告分别基于VCSEL产品类型、应用、终端用户以及地区对该市场进行了深入分析。其应用主要包括数据通讯、传感、红外照明、泵送、工业制热以及其它新兴应用等。2015年，在所有这些应用中，数据通讯应用占据了该市场的主要市场份额。
VCSEL在多个不同产业中有许多终端用户，包括数据中心、消费电子、工业、汽车以及医疗等。VCSEL凭借其低制造成本和更高的可靠性，在消费电子领域的应用日益增长。由于数据中心对高速率数据传输的要求不断增长，促进了VCSEL在该领域的应用增长，2015年，按终端用户细分，数据中心占据了VCSEL最大的市场份额。
VCSEL市场按产品类型细分可分为单模VCSEL和多模VCSEL。预测期内，多模VCSEL预计将占据主要的市场份额，它们正广泛应用于3D成像和数据通讯。多模VCSEL可以提供更好的调制效果和更高的传输速率，使其相比单模VCSEL产品更受欢迎。单模VCSEL通常应用于打印、条形码等其它传感应用。
2022年垂直腔面发射激光器市场预测（按地区细分）
按地区细分，在预测期内，预计亚太地区的增长速度最快。该地区初创企业的蓬勃发展帮助了该地区VCSEL的市场增长。亚太地区人均收入增长和人民生活水平的提高，推动了该地区高档汽车的需求增长，最终推动了该地区VCSEL的市场增长。由于基础设施建设和政府推动，中国、印度及新加坡地区的VCSEL市场正快速发展。这是亚太地区VCSEL市场占据全球最大市场份额的主要原因。
VCSEL市场增长的主要限制因素是其有限的数据传输范围。多模光纤的衰减更高，使得随着距离的增加，信号衰减越大。因此，由于信号衰减问题，使VCSEL较难实现远距离数据传输。这些因素限制了VCSEL的市场增长。不过，随着激光器的研究和开发，人们正尝试利用VCSEL扩大数据传输范围，最终促进VCSEL的市场应用。
Broadcom（博通）是VCSEL市场的主要供应商之一。博通是模拟、混合信号及光电组件，尤其是III-V族化合物半导体设计和工艺全球主要供应商。2016年2月，Avago（安华高）收购了博通，成立了美国博通有限公司。通过并购，获得了博通的产品和技术，安华高将其公司名称改为博通有限公司，欲力争成为通讯半导体领域的全球领导者。博通在光学数据通讯市场产品供应丰富，包括光纤接收器、嵌入式光学模组以及自适应光缆等。该公司专注于知识产权和新产品的开发。博通凭借近期VCSEL出货量的升级，该公司已经出货100万件25G VCSEL器件，使其市场领导领域扩展至光学网络市场。该公司的主要运营地区包括美国、中国、德国、韩国以及新加坡等国家。
本报告的研究范围：
按产品类型细分：
- 单模VCSEL
- 多模VCSEL
按应用细分：
- 数据通讯
- 红外照明
- 工业制热
- 新兴应用
按终端用户细分：
- 数据中心
- 消费电子
按地区细分：
- 北美地区
- 欧洲地区
- 亚太地区
- 全球其它地区
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今日搜狐热点& 垂直腔表面发射激光器
垂直腔表面发射激光器
垂直腔表面发射激光器（VCSEL）是很有发展前景的新型光电器件，是一种出光方向垂直与谐振腔表面的F-P激光器。垂直腔表面发射激光器的优越性已经引起广泛关注，十几年来，在结构、材料、波长和应用领域都得到了飞速的发展，并进入市场。
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1垂直腔表面发射激光器的结构
　　VCSEL 主要由三部分组成 (见图1)，即激光工作物质、崩浦源和光学谐振腔。工作物质是发出激光的物质，但不是任何时刻都能发出激光，必须通过崩浦源对其进行激励，形成粒子数反转，发出激光，但这样得到的激光寿命很短，强度也不会太高，并且光波模式多，方向性很差。所以，还必须经过顶部反射镜(Top Mirror)和底部反射镜 ( Bottom Mirror)组成的谐振腔，在激光腔(Laser Cavity)内放大与振荡，并由顶部反射镜(Top Mirror)输出，而且输 出的光线只集中在中间不带有氧化层(Ox ide LayerS)的部分输 出。这样就形成了垂直腔面的激光发射，从而得到稳定．持续、有一定功率的高质量激光。
2垂直腔表面发射激光器的特性
　　垂直腔面发射激光器(Vertical—CavitySurface—EmittingLaser，简称VCSEL)及其阵列是一种新型半导体激光器，它是光子学器件在集成化方面的重大突破。VCSEL与常规的侧向出光的端面发射激光器在结构上有着很大的不同。端面发射激光器的出射光垂直于芯片的解理平面；与此相反，VCSEL的发光束垂直于芯片表面(见图2)。这种光腔取向的不同导致VCSEL的性能大大优于常规的端面发射激光器。
　　这种性能独特的 V C S E L易于实现二维平面列阵， 而端面发射激光器由于是侧面出光而难以实现二维列阵。小发散角和园形对称的远、近场分布，使其与光纤的耦合效率大大提高，现已证实与多模光纤的耦合效率大于9 0 ％ ； 而端面发射激光器由于发散角大且光束的空间分布是非对称的，因此，很难提高其耦合效率。由于 V C S E L的光腔长度极短，导致纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内得到单纵模工作。动态调制频率高，腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善。如能实现极低阈值甚至无阈值激射，可大大降低器件功耗和热能耗。由于从表面出光无须像常规端面发射激光器那样必须在外延片解理封装后才能测试，它可以实现“在片”测试，这导致工艺简化，大大降低制作成本。此外，其工艺与平面硅工艺兼容，便于与电子器件实现子集成。3垂直腔表面发射激光器的特点
　　(1)低发敞之圆形雷射光束，易与光纤耦合；
　　(2)具有快速调变功能，利于高速光纤网路传输；
　　(3)元件制技术-jSiIC制类似，适于：产品
　　(4)在元件尚未切割及封装前，整个晶片可用water—leveltesting做每个晶粒特性检测，减低大量生产成本；
　　(5)可做成lD或2Dlaserarrays，利于串接或并列式光纤传输。4垂直腔表面发射激光器的应用
　　VCSEL不仅广泛应用于条形码扫描器，而且可广泛应用于电信开关、数据通讯网络、自由空间数据传输、光存储、激光打印机、DVD播放器、安保光屏障、测量设备、光电控制、流体及气体监测、荧光治疗、光复印和荧光检测、眼科学等等。5垂直腔表面发射激光器的特殊形态
　　多重反应区域设计（aka bipolar cascade VCSELs）。允许回馈时不同效能量值之间的差异超过100%。
　　通道相接VCSEL：利用通道相接（n+p+），一个对电子有利的n-n+p+-p-i-n结构就可以被建立，且可以影响其他结构的分子。（e.g. in the form of a Buried Tunnel Junction (BTJ)）.
　　可利用机械式（MEMS）调整镜面来广泛的调整VCSEL。
　　"芯片接合"或"芯片融合"VCSEL：利用两种不同的半导体材料可以制造出不同性质的底层。
　　Monolithically光学帮浦VCSEL：两个相叠合的VCSEL，其中一个利用光学来对另一个作帮浦。
　　纵向的VCSEL整合监测二极管：一个光二极管与VCSEL的背面镜子做整合。
　　横向的VCSEL整合监测二极管：利用适当的VCSEL芯片石刻法，一个发光二极管就可以被制造用来测量邻近VCSEL的发光强度。
　　具有外部共振腔的VCSEL，参照VECSEL或是盘雷射半导体disk laser。VECSEL是传统雷射二极管的光学帮浦。这样的设置使装置有更广泛的区域可被帮浦，也因此有更多的能量可被吸收，大约30W左右。外部共振腔也允许了intracavity技术，如频率倍增、单频操作和femtosecond pulse modelocking。
　　垂直共振腔半导体光学扩大器VCSOA。与震荡器不同，这个装置使扩大器更优化。因为VOSOA必须在限制下工作，故会要求减少镜子的反射以达到减少回馈的作用。为了使讯号增至最大，这些装置会包含大量的量子井（光学帮浦装置已被证实有21-28个量子井），导致讯号的增加量值比典型的VCSEL来的大（约5%左右）。这装置的运作于窄线宽的扩大器（约十几个GHz），且可能可以有增强滤光器的效果。
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　3该工作得到973目、河北省教育厅科研计划2000229、河北省教育厅博士基金资助。收稿日期光电子器件与技术量子阱垂直腔面发射激光器及其微腔物理3赵红东1　　陈国鹰1　　张存善1　　张以谟2　　沈光地31河北工业大学电气信息学院,天津3001302天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津3000723北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京100022提　要　根据发展历史的顺序,对量子阱垂直腔面发射激光器微腔物理进行概述,其中包括垂直腔面发射激光器、腔量子电动力学和半导体微腔物理。给出半导体垂直腔面发射激光器及其微腔物理思想来源的详细图像。关键词　量子阱,　垂直腔面发射激光器,　腔量子电动力学,　微腔物理1　量子阱垂直腔面发射激光器的发展及特点1～9111　半导体面发射激光器的出现与进展1979年日本的H.K.人使用液相外延L,首次报道了发射激光器,他们利用晶片的两个表面镀金属膜构成法布里2珀罗腔,出射光垂直于生长平面。77K下脉冲电流激射的阈值电流为900J11圆电极直径100,输出波长为1118几毫瓦激光。1983年首次研制成功slA射激光器,77K下阈值电流为350同年实现室温激射。1986年将nA射激光器77K下脉冲阈值电流降低到20lAss面发射激光器室温下脉冲阈值电流为61988年nA发射激光器室温下连续波阈值电流达到15lAss面发射激光器室温下连续波阈值电流达到502000年蓝光面发射激光器已经成功激射。112　实现电子和光子横向限制的工艺分子束外延M和金属氧化物化学汽相淀积M可以生长原子尺度量级的单原子层,因此通过生长不同的半导体材料很容易实现载流子和光的纵向限制。与之相比实现横向限制成为制造垂直腔面发射激光器关键而困难的工艺,实验室中常使用H离子注入或选择性氧化工艺。离子注入工艺有利于平面工艺和大面积均匀的注入,适应于大规模地制造面发射激光器。同时这种方法也存在缺点,由于金属十字叉丝不能做的太小和离子注入横向扩展效应,垂直腔激光器阈值不能降到很低。近年人们在制造垂直腔面发射激光器中更普遍地采用选择性氧91激光与光电子学进展　　　　2001年第4期总第424期化的方法,控制电流孔径的大小,可以提高自发发射耦合效率,降低了阈值。使用选择性氧化工艺制造的ss垂直腔面发射激光器阈值降低到几十微安量级。113　垂直腔面发射激光器及其特性使用分子束外延、金属氧化物化学汽相淀积、氧化、淀积、刻蚀、离子轰击、选择性氧化等工艺,反射镜由镀膜分配布拉格反射器组成,其反射率大于99,很短的谐振腔垂直于衬底片,因此腔内存在的模数很少,输出窄发散角10°圆柱对称光束垂直于衬底片,无需解理、易实现二维集成和单模运转。实验上已经实现阈值为微安级的垂直腔面发射激光器,并且特征频率达到10GHzs,这样的激光器传递信息量大,可以应用在光通信、光互连、光计算及其他平行光信息处理和光电集成中。2　腔量子电动力学11～29211　腔可控制自发发射1946年E.M.Pu察激活磁核在辐射频率07的衰变率。使用传统方法计算自发发射衰减率,得到弛豫时间长达1021s量级,显然这与实际完全不符。Pu一个磁偶极子耦合到共振电子回路系统中,当回路有关的MQ频率内只有一个谐振子时,使用传统公式计算自发发射发生偏差。他证实室温下激活的磁核介子放在直径为103金属粒子中,只需数分钟就可通过自发发射复合恢复平衡。1981年M学者从理论上预计自发发射可以被增进的同时也可被抑制,表明腔可以改变物质和真空场相互作用的量子电动力学过程。1985年M理学家让一束C通过20、间距约012铝反射镜,原子辐射波长约014利用电场作用在R子的应改变原子的辐射波长,发现当辐射波长大于2倍平行平板间距时,自发发射被抑制;反之,自发发射被增进。实验测定被抑制辐射的寿命比自由空间增进20倍。1987年M理学家观察到腔可以分别抑制或增进自发发射42倍和19倍。学的学者使用与M似的装置,证明在窄平面镜中真空场的方向性。70年代前,虽然人们已经对电磁波进行了深入的研究,但研究腔控制光频范围内的产生与传播进展很慢,其原因在于光波波长比任何仪器的尺寸都小许多。1974年D用长链脂肪酸和染料制成多层单分子层,形成厚度接近光波波长大小的材料,可以对光波特性进行系统的研究,并发现金属镜可以改变常规的自发发射空间分布。212　腔其他量子电动力学行为除腔控制自发发射外,腔量子电动力学行为还包括真空场的Rabi振荡;单原子放大器m;双光子放大器腔影响原子的辐射频率;腔内多原子相互耦合超辐射现象等。3　半导体面发射微腔激光器的腔量子电动力学行为30～39半导体面发射激光器谐振腔的大小已经接近光波长量级,满足了微腔结构要求,所以某些现象表现为量子电动力学的特征,即微腔半导体激光器能够改变腔内真空场的分布,从而控制自发发射和增进自发发射因子,改变器件的性能,这是它引起人们注意的重要原因。311　半导体微腔控制自发发射荧光强度1991年日本学者在低温下通过改变加在量子阱的电压,使有源区量子阱的形状发生倾斜,于是电子的库仑作用势变弱,自发发射谱峰值发生红移。当发射波长和微腔腔长共振时,最强,可增进约40倍。312　半导体微腔控制自发发射因子1994年科罗拉多州立大学的学者测量注入电流和输出光功率曲线,并与改变自发发射因子的速率方程进行对比,在室温下给02激光与光电子学进展　　　　2001年第4期总第424期出直径为6sAs微腔自发发射因子96年加州的学者考虑了微腔中的散射损耗和载流子扩散的影响,126K下电抽运直径为3面发射激光器,测得自发发射因子为　半导体微腔激光器中的处于低温下的半导体微腔可以观测到Rabi分裂,但在室温下这种现象变得很弱。由此可见,普通边缘发射激光器出射光平行于生长底片,依靠折射率或增益波导形成对光的限制,通过解理形成谐振腔,所以边缘发射激光器很难达到微腔结构。80年代MM术的出现,使纳米半导体材料的生长变为现实,为面发射激光器提供了有力的手段。MM艺结合质子轰击、光刻、反离子刻蚀、选择性氧化等技术很容易制成微腔结构,即腔长在激光波长量级,所以人们希望用半导体面发射激光器制成理想的微腔结构。4　国内研究进展40～501993年前后,中科院半导体研究所、北京大学、吉林大学等单位开始研制半导体垂直腔面发射激光器和微盘激光器。中科院半导体研究所使用M长多层量子阱,结合质子轰击半导体工艺,实现了激射波长为0186阈值为8面发射激光器。1995年垂直腔面发射激光器最低阈值降低到115～21997年使用选择性氧化工艺制造出阵列面发射激光器,同时研制了其他波长的半导体面发射激光器。吉林大学同样对垂直腔面发射激光器有新的进展。在实现垂直腔面发射激光器的同时,国内专家开始研究垂直腔面发射激光器激射和微盘激光器的微腔效应。1996年讨论了微盘微腔自发发射因子;1997年第一届半导体微腔物理及应用研讨会在北京召开,对微腔物理、微腔效应和微腔阈值等进行了研讨;1998年模拟了以微腔为光源的10Gbs通信系统;1999年前后一些学者探讨了半导体垂直腔面发射激光器的热、电和波导特性;2000年研究了半导体面发射微腔激光器的自发发射。5　结束语量子阱垂直腔面发射激光器及其微腔物理是在一定的条件下发展起来的综合学科,我们借助原始文献,对其发展过程进行了概括,突出了首次提出理论、观察实验现象和探索器件的杰出学者。从上面的叙述可以看出第一只垂直腔面发射激光器的有源区并不是量子阱,并且人们已经在半导体面发射等激光器出现之前,对腔内量子电动力学进行了理论和实验研究。垂直腔面发射激光器为研究微腔效应提供了实用化器件,然而新型器件的出现并不能照搬已经形成的理论,因此在量子阱微腔激光器实验和理论上仍有很多待探讨的问题。感谢真诚地感谢北京大学物理系郭长志教授和中科院半导体研究所林世鸣研究员的指教和帮助。参考文献1　H.et,　JJ.Appl.Phys.9～23402　K.et,　E.J.QE,～18553　J.L.llet,　E.J.QE,～13464　L.A.Coet,　Op1992,24R.P.et,　Appl.Phys.L,3～18866　K.D.et,　EPT,～12397　T.H.Ohet,　Appl.Phys.L,2～31548　D.L.Het,　E.PT与光电子学进展　　　　2001年第4期总第424期L,～1879　Y.et,　J.Appl.Phys.,～160310　M.Fanet,　Appl.Phys.L,～81811　E.M.　Phys.R,　H.Mo　Phys.RA.,～115913　D.　Phys.RL,～23614　G.et,　Phys.RL,～7015　R.G.Het,　Phys.RL,7～214016　D.J.Het,Phys,RL,∶　W.et,　Phys.RL,～66918　K.H.D　p12.E.Wolf.NoNoo219　E.T.et,　PE,～10920　F.W.　Phys.R,AA1051～A105621　J.H.et,　Phys.RL,3～132622　N.B.Net,　Phys.RA.,～24723　P.L.tet,　Phys.RA.,～67924　D.Met,　Phys.RL,～55425　G.et,　Phys.RL,～35626　M.Bet,　Phys.RL,9～190227　H.B.G.iret,　Phys.R,～37228　R.H.D　Phys.R,～11029　L.S.Bnet,　Phys.RL,～4730　N.Ochiet,　Appl.Phys.L,5～273731　G.M.et,　J.Appl.Phys.,～360932　G.Shet,　Appl.Phys.L,～106433　R.J.et,　EPTL,～60134　R.E.et,　Appl.Phys.L,0～131235　U.Mohet,　Appl.Phys.L,1～191336　Y.et,　Phys.RB,～180537　A.Fet,　Appl.PL,4～221638　J.et,　Phys.RA,～254439　I.Aet,　Phys.RA,～412240　G.E.et,　EPTL,～92241　陈娓兮等,　半导体学报,～70342　高洪海等,　光子学报,～52643　iet,　Ahy～19444　第一届半导体微腔物理及其应用论文集,1997,北京45　郑厚植.　半导体学报,～49146　张益等,　半导体学报,～8047　赵红东等,　光子学报,～41248　赵红东等,　中国激光,～83649　赵红东等,　光学学报,～59650　赵红东等,　半导体学报,～987avm　　unim　2激光与光电子学进展　　　　2001年第4期总第424期1enfHT001302eOpngTT000723enfngBB00022onentoofhanformofwsuemispsuemrmThepuseistoapreofentofwsuemow,　suemV,D,　m日期如何设计激光扫描系统自从激光扫描系统在20世纪60年代首次使用后,已被设计和应用在许多方面,例如超市的条码阅读机和投影电视用的超大屏幕30m。这些应用大多可归为输入阅读机或输出系统书写器。近几年,测器阵列和喷墨技术的飞速发展提高了非激光输出系统的性能。但仍有许多应用,只有高速度和使用激光扫描系统的方案才能满足其需要。激光技术一直保持同步,尤其是半导体激光和固体激光的发展,不停产生出新的波长和更高的功率来满足激光扫描系统设计的需要。光学技术和机械制造技术的进步已使系统的性能得以改善,并降低了快速扫描镜偏转器的成本。从简单的到复杂的,扫描系统可以采取多种不同的形式。它们可以包括多个分系统,如反射光束、传输光束、散射光束测量分系统输入;调制和强度控制分系统输出;光束功率和位置的反馈控制分系统;以及扩束和光路转折的分系统。但是每个扫描系统的重心都是偏向、聚焦分系统,它大体决定整个系统的性能和成本。系统规范为说明设计扫描系统的过程,考虑一个假想的高性能输出图像记录仪系统见表1。此过程用激光曝光一种对绿光敏感的材料来形成单色图像,可用于商业打印、医疗图像硬拷贝或遮光模的生产。表1　图像记录仪的技术要求图像长度l420宽度w297率R1254dp曝光时间S18调制速率f30Mb材料灵敏度S0105mJ光谱响应500～550的系统结构选择包括选用平面还是32激光与光电子学进展　　　　2001年第4期总第424期
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