Modelowanie zjawisk fizycznych w krawędziowych laserach azotkowych oraz ich matrycach

W niniejszej pracy podjęto próbę kompleksowej analizy działania azotkowych laserów krawędziowych zaprojektowanych na emisję światła o długości fali ok. 400 nm oraz jednowymiarowych matryc takich laserów, skupiając uwagę przede wszystkim na przebiegu zjawisk elektrycznych i cieplnych występujących podczas ich pracy z falą ciągłą w temperaturze pokojowej. Głównym celem pracy było pokazanie wpływu poszczególnych elementów konstrukcyjnych analizowanych przyrządów na wielkość emitowanej z nich mocy optycznej w celu wyznaczenia ich optymalnych struktur. Przeprowadzone badania były częściowo realizowane we współpracy z Instytutem Wysokich Ciśnień Unipress Polskiej Akademii Nauk, co umożliwiło powiązanie wyników symulacji komputerowych z danymi eksperymentalnymi. W celu realizacji tych badań opracowany został numeryczny model lasera oraz matrycy laserowej uwzględniający wiele elementów istotnych dla ich działania. Dodatkowo na bazie dostępnej literatury opracowano szczegółowe zależności określające parametry fizyczne wszystkich materiałów wykorzystywanych do budowy wspomnianych przyrządów ze szczególnym uwzględnieniem parametrów elektrycznych i cieplnych

Numerical model for small-signal modulation response in vertical-cavity surface-emitting lasers

We present a numerical model allowing for simulations of small-signal modulation (SSM) response of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs). The model of SSM response utilizes only the data provided by a static model of continuous-wave operation for a given bias voltage. Thus the fitting of dynamic measurement parameters is not needed nor used. The validity of this model has been verified by comparing experimental SSM characteristics of a VCSEL with the results of simulations. A good agreement between experiment and simulations has been observed. Based on the results obtained in the simulations of the existing laser, the impact of the number of quantum wells in the active region on the modulation properties has been calculated and analyzed

Modelowanie zjawisk fizycznych w laserach typu VCSEL emitujących promieniowanie o długości fali 1.3 μm

Celem niniejszej pracy było zbadanie fizycznych właściwości wybranych laserów typu VCSEL (ang. Vertical Cavity Surface Emitting Laser - laser o emisji powierzchniowej z pionowym rezonatorem) oraz optymalizacja ich struktur pod kątem oferowanych charakterystyk ekspoloatacyjnych. Szczególnie istotne było otrzymanie pracy laserów z falą ciągła (CW - ang. Continuous Wave) na modzie podstawowym LP01 w szerokim zakresie zmian temperatury ich obszarów czynnych, wywołanych np. zmianami temperatury otoczenia, w której pracował dany przyrząd. Wspólną cechą przyrządów objętych tą analizą jest zdolność do generowania promieniowania o długości fali 1.3 μm związanej z drugim oknem optycznym dla systemów telekomunikacyjnych bazujących na światłowodach wykonanych ze szkła kwarcowego. W szczególności przeanalizowane lasery, których obszary czynne wykonane były w postaci studni kwantowych InGaAsP/InGaAsp,InAsP/InGaAsP oraz AlGaInAs/AlGaInAs. Rozpatrywane rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe stanowią naturalne rozszerzenie i uzupełnienie badań prowadzonych w Zespole Fotoniki Instytutu Fizyki Politechniki Łódzkiej poświęconych laserom komunikacyjnym. W celu realizacji powyższych celów opracowany został numeryczny model lasera VCSEL zawierający wszystkie niezbędne dane materiałowo-konstrukcyjne oraz równania określające przebieg rozpatrywanych zjawisk fizycznych (elektrycznych, cieplnych, optycznych i rekombinacyjnych) oraz ich wzajemne powiązania

Impact of the active area position in a nitride tunnel junction vertical-cavity surface-emitting laser on its emission characteristics

This paper presents results of numerical simulations of a nitride semiconductor vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) with a tunnel junction. The modeled laser is based on a structure created at the University of California in Santa Barbara. The analysis concerns the impact of the position of laser’s active area on the emitted power. Both small detunings from the standing waveanti-node, and positioning of the active area at different anti-nodes are considered

Impact of an Antiresonant Oxide Island on the Lasing of Lateral Modes in VCSELs

Use of antiresonant structures is a proven, efficient method of improving lateral mode selectivity in VCSELs. In this paper, we analyze the impact of a low-refractive antiresonant oxide island buried in a top VCSEL mirror on the lasing conditions of lateral modes of different orders. By performing comprehensive thermal, electrical, and optical numerical analysis of the VCSEL device, we show the impact of the size and location of the oxide island on the current-crowding effect and compute threshold currents for various lateral modes. If the island is placed close to the cavity, the threshold shows strong oscillations, which for moderate island distances can be tuned to increase the side mode discrimination. We are therefore able to pinpoint the most important factors influencing mode discrimination and to identify oxide island parameters capable of providing single-lateral-mode emission