基于有机共轭聚合物聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔](MEH-PPV)的脊形波导,利用光子晶体特殊的光调制特性,模拟设计了一维边发射有机光子晶体激光器。利用光子晶体的带隙结构和带边效应构建了由光子晶体全反镜和透反镜形成的谐振腔,在谐振腔内的脊形波导上引入一维缺陷型光子晶体,利用光子晶体缺陷模特性抑制了多纵模竞争,并在此基础上分析了复合结构所导致的边界模效应,得出此类非金属微腔激光器腔长设计的经验公式。模拟结果表明该一维边发射有机光子晶体激光器可实现中心波长为588 nm、半峰全宽为0.131 nm的单纵模激光输出。

微腔效应可以提高自发辐射速率, 从而起到有效的改善响应调制速率的作用.然而, 对于1.3 μm GaAs/InAs量子点光子晶体激光器而言, 调制速率还会受到复杂的载流子动力学以及更近的空穴能级间隔的影响.因此基于全路径载流子弛豫动力学方程, 计算并讨论了腔品质因子(Q)对于阈值和响应调制特性的影响.计算结果表明, 高的Q值能够明显改善量子点光子晶体激光器的阈值, 但是同时快速增长的光子寿命会导致调制带宽的恶化.所以, 存在一个优化的Q值(2500)可以获得超过100 GHz的调制带宽, 而当Q值为7 000时, 对应的能量传输损耗最低.因此, 在量子点光子晶体纳腔激光器的设计中, 更全面的考虑各方面的因素对器件的性能的影响, 对于获得高速调制低功耗的量子点激光器器件是十分有意义的.

采用有限时域差分(FDTD)法和传输矩阵法(TMM)计算了一维光子晶体微腔中模式的阈值和模场的空间分布,并用局域化长度和模面积描述了其空间分布特性.着重研究了模场的空间分布对阈值特性的影响模拟结果显示,激光器的阈值依赖于模式的空间分布,局域化长度和模面积最小的模式具有最低阈值通过调节包括缺陷宽度、光学厚度比、折射率比等介质参量,可以有效地调节模式的局域化长度和模面积,从而降低激光器的阈值.

光子晶体中引入缺陷后将形成缺陷模,这些缺陷模在增益介质中将被放大形成激光。基于麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型,用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了一维单缺陷光子晶体激光器中缺陷模的空间分布和频谱特性,以及这些缺陷模的放大特性,主要研究了缺陷层的厚度、晶体层数对缺陷模放大特性的影响。模拟结果显示,类似于传统激光腔的腔模,这些缺陷模能够被放大,形成激光。调整缺陷层的厚度、晶体层数等结构参量,将改变缺陷模的谐振,激射频率以及空间分布,这将直接影响激射阈值和饱和特性。增加晶体的层数,激光器的阈值将降低,饱和值将增加,但晶体层数增加到一定限度时,这种增减趋势变弱。模拟结果证明了有效层数的存在。

综述了光子晶体激光器研究领域的最新进展,介绍了当前国际上所研制的光子晶体激光器的主要类型、结构、工作原理和性能参量等,并对其发展前景作了简要展望.