Une étude menée par des chercheurs de l’Institut d’optique, de mécanique fine et de physique de Changchun de l’Académie chinoise des sciences a révélé une nouvelle structure de filtre de mode à film métal-diélectrique qui peut réguler de manière flexible les modes transversaux dans les lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL), ce qui démontre le potentiel des ouvertures métalliques pour améliorer le contrôle de mode dans les VCSEL. L’étude a été publiée dans Capteurs.
Les VCSEL traditionnels à oxyde confiné sont souvent confrontés à des résistances série accrues et à une faible puissance de sortie lorsqu’ils fonctionnent en mode unique. Pour surmonter ces limitations, les chercheurs ont proposé une technique de filtrage de mode efficace utilisant des ouvertures métalliques.
Les chercheurs ont développé un modèle de simulation par éléments finis d’un VCSEL filtré par mode métallique (MMF-VCSEL) à l’aide du logiciel COMSOL. Les résultats de la simulation ont montré que les performances de contrôle modal du MMF-VCSEL étaient significativement influencées par le nombre de paires de réflecteurs de Bragg distribués en P (P-DBR), la taille de l’ouverture métallique et la taille de l’ouverture de l’oxyde.
Plus précisément, le champ optique transversal était fortement confiné dans l’ouverture métallique lorsque le nombre de P-DBR était faible, mais le confinement s’affaiblissait à mesure que le nombre de P-DBR augmentait.
Lorsque l’ouverture du métal était plus petite que l’ouverture de l’oxyde, l’effet de diffusion optique était intensifié à mesure que la distance entre les deux ouvertures diminuait.
Cela a entraîné une discrimination de mode et une perte modale accrues, facilitant une meilleure stabilité monomode. Lorsque l’ouverture du métal dépasse l’ouverture de l’oxyde, le mode optique dans le VCSEL est principalement contrôlé par l’ouverture de l’oxyde. Cela a mis en évidence l’interaction complexe entre les ouvertures du métal et de l’oxyde dans la détermination du confinement du champ optique et de la discrimination de mode.
De plus, les chercheurs ont introduit un nouveau paramètre, le gain optique, qui caractérise le changement de gain de seuil de différents modes transversaux en raison de la diffusion optique par la structure. En équilibrant la différence de gain optique entre les modes et le gain optique du mode fondamental, ils ont identifié des paramètres structurels optimaux qui ont amélioré à la fois la stabilité monomode et l’efficacité de la pente du MMF-VCSEL.
Cette structure VCSEL à filtrage en mode métallique représente une avancée dans le contrôle du mode optique. En modulant de manière flexible le mode transversal, les chercheurs ont démontré le potentiel des VCSEL monomodes de haute puissance avec des caractéristiques de performance améliorées.
Cette étude souligne le rôle essentiel des ouvertures métalliques dans l’amélioration du contrôle des modes dans les VCSEL. Elle ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de VCSEL hautes performances avec une large gamme d’applications.
Plus d’informations :
Jingfei Mu et al., Simulation du contrôle modal d’un laser à cavité verticale à émission de surface filtré en mode métallique, Capteurs (2024). DOI: 10.3390/s24144700