大功率电泵浦扩展腔面发射激光器横模和偏振控制机制

大功率电泵浦扩展垂直腔面发射激光器可以实现高效腔内激光倍频，是理想的高效率、小型化、长寿命激光显示光源。但垂直腔面发射激光器一般生长在（100）衬底上，其偏振方向的不稳定给其应用带来了不良影响。同时大功率输出所要求的大孔径器件结构带来的横向多模分布导致激光光束质量的下降。如何实现大功率激光输出的基横模分布和偏振选择取向是实现高效腔内晶体倍频的重要前提。 .本项目通过理论分析载流子输运机制，设计研制双层氧化电流限制层和小尺寸P面电极结构将注入电流限制在有源区中心，获得基横模增益分布。同时通过在出光窗口表面上设计研制金属薄膜微结构，与器件自身的两个DBR反射镜构成扩展复合腔，实现增益的偏振控制。对不同孔径（50-500μm）的单管实现连续50-500mW、基横模、高偏振选择性（>20：1）激光输出。

大功率电泵浦扩展垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL) 可以实现有效的腔内激光倍频，是理想的高效率、小型化、长寿命激光显示光源，然而由于垂直腔面发射半导体激光器衬底晶向的对称性，导致其偏振方向不稳定，工作时易于在两个晶向发生随机偏转，同时，由于高功率激光器的大口径波导结构导致激光的光束质量大幅下降。解决上述问题对实现高效腔内晶体倍频至关重要。.本项目主要从两个方面对上述问题进行了改进：首先，引入新型的矩形台面结构，实现了VCSEL器件的偏振控制，将高功率底发射980nm VCSEL器件偏振比提高到2.2，出光功率>300mW；顶发射980nm VCSEL器件的偏振比提高到2.5，出光功率25mW；其次，通过表面集成亚波长金属光栅结构，实现了对传统圆形对称波导结构中光场的偏振控制，偏振控制比达到3，输出功率>800mW，并且器件的光束发散角也由原来的16°降低到12°，提升了光束质量。.对高功率VCSEL器件偏振控制及光束质量改善相关的研究发表文章11篇，培养博士生5人，通过该研究，实现了对高功率980nm VCSEL器件的部分偏振控制，为实现单偏振激光输出VCSEL器件的腔内倍频奠定了基础。