横型空洞面発光レーザー（VCSEL）における横方向閉じ込めとオンチップビーム整形技術のための環状金属開口部を利用した単一モードVCSEL

科学分野:

• オプトエレクトロニクス; レーザー物理学; 材料科学

背景:

• 垂直空洞面発光レーザー（VCSEL）は、光通信およびセンシングにおいて重要です。; VCSELにおける単一モード動作と高ビーム品質を変化する温度にわたって維持することは、大きな課題です。; 熱効果は、標準的なVCSEL設計においてモードホッピングと性能低下を引き起こす可能性があります。

研究 の 目的:

• 広い温度範囲にわたる安定した高ビーム品質の単一モード動作のためのモノリシックVCSEL構造を開発すること。; 外部光学部品なしで熱誘発モードホッピングとサイドモード劣化を抑制すること。; 集積マイクロ構造を使用して光フィードバックと横モード閉じ込めを強化すること。

主な方法:

• 環状金属誘電体多層膜とオンチップ光学マイクロレンズを集積した表面微細構造VCSELの作製。; ウェーハレベルの集積による横モード閉じ込めのためのTi/Pt多層膜の使用。; 光フィードバック強化のためのSiO2/Ti3O5マイクロレンズの採用。

主要な成果:

• 0 °C (8.5 mA)で4.1 mWの単一モード出力電力を達成しました。; 0-80 °Cの範囲で25 dBを超えるサイドモード抑制比を実証しました。; 40 °C (8 mA)で40.6 dBのサイドモード抑制比を記録しました。

結論:

• 提案されたモノリシック表面微細構造VCSELアーキテクチャは、熱安定性と高ビーム品質の単一モード動作を効果的に保証します。; 集積マイクロレンズと多層構造は、熱劣化とモードホッピングを効果的に抑制します。; このアプローチは、外部光学部品への依存を減らし、高度なVCSELアプリケーションにコンパクトで効率的なソリューションを提供します。