Eine von Forschern des Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics der Chinese Academy of Sciences geleitete Studie enthüllte eine neuartige Metall-Dielektrikum-Film-Modusfilterstruktur, die Quermodi in vertikalen Oberflächenemissionslasern (VCSELs) flexibel regulieren kann, was das Potenzial von Metallblenden zur Verbesserung der Modussteuerung in VCSELs demonstriert. Die Studie wurde veröffentlicht in Sensoren.
Herkömmliche oxidbegrenzte VCSELs haben im Einzelmodusbetrieb oft mit erhöhten Serienwiderständen und niedriger Ausgangsleistung zu kämpfen. Um diese Einschränkungen zu überwinden, schlugen Forscher eine effektive Modusfiltertechnik mit Metallblenden vor.
Forscher entwickelten mithilfe der COMSOL-Software ein Finite-Elemente-Simulationsmodell eines metallmodusgefilterten VCSEL (MMF-VCSEL). Die Simulationsergebnisse zeigten, dass die modale Steuerungsleistung des MMF-VCSEL maßgeblich von der Anzahl der P-Distributed Bragg Reflector (P-DBR)-Paare, der Metallöffnungsgröße und der Oxidöffnungsgröße beeinflusst wurde.
Insbesondere war das transversale optische Feld bei geringer Anzahl von P-DBRs stark innerhalb der Metallblende beschränkt, mit zunehmender Anzahl von P-DBRs ließ die Beschränkung jedoch nach.
Wenn die Metallöffnung kleiner als die Oxidöffnung war, wurde der optische Streueffekt verstärkt, da der Abstand zwischen den beiden Öffnungen abnahm.
Dies führte zu einer verbesserten Modusunterscheidung und einem verbesserten Modenverlust, was eine bessere Einzelmodusstabilität ermöglichte. Wenn die Metallöffnung die Oxidöffnung überschreitet, wird der optische Modus im VCSEL hauptsächlich durch die Oxidöffnung gesteuert. Dies verdeutlichte das komplexe Zusammenspiel zwischen Metall- und Oxidöffnungen bei der Bestimmung der optischen Feldbegrenzung und der Modusunterscheidung.
Darüber hinaus führten die Forscher einen neuen Parameter ein, die optische Verstärkung, die die Änderung der Schwellenverstärkung verschiedener Quermodi aufgrund optischer Streuung durch die Struktur charakterisiert. Durch Ausgleich der optischen Verstärkungsdifferenz zwischen Modi und der optischen Verstärkung des Grundmodus identifizierten sie optimale Strukturparameter, die sowohl die Einzelmodusstabilität als auch die Steigungseffizienz des MMF-VCSEL verbesserten.
Diese metallmodusgefilterte VCSEL-Struktur stellt einen Fortschritt in der optischen Modussteuerung dar. Durch flexible Modulation des Quermodus haben Forscher das Potenzial leistungsstarker Singlemode-VCSELs mit verbesserten Leistungsmerkmalen demonstriert.
Diese Studie unterstreicht die entscheidende Rolle von Metallblenden bei der Verbesserung der Modussteuerung in VCSELs. Sie eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung leistungsstarker VCSELs mit einem breiten Anwendungsspektrum.
Weitere Informationen:
Jingfei Mu et al, Simulation der modalen Kontrolle eines metallmodusgefilterten oberflächenemittierenden Lasers mit vertikaler Kavität, Sensoren (2024). DOI: 10.3390/s24144700