JCMSuite应用—垂直腔面发射激光器（VCSEL）

kyan2022

垂直腔面发射激光器 （VCSEL） 是一种特定的微型化半导体激光二极管。谐振腔通常由布拉格反射镜（分布式布拉格反射器DBR）构成，激光束发射垂直于顶部的表面。本教程案例展示了如何设置复杂的 VCSEL 几何形状，以及如何用其特有的 3D 模式轮廓、共振波长和质量因子（Q 因子）高效的计算腔膜。该设置紧跟文献中的案例（比恩斯特曼等人2001年发表的文章）。其结构形状是旋转对称的，因此您可以在圆柱坐标系统中使用共振模式求解器来计算共振。

几何体（由一个二维平面几何形状围绕 y 轴旋转以产生三维器件几何结构）和各种网格生成参数在文件layout.jcm中定义。在此特定情况下，所有层（DBR、激发层、光圈层、腔层）都在绝对坐标中定义为多边形，精度低于纳米量级。

设置网格选项，以便获得相对较大的且不太精细离散化的计算域。（在这种情况下，最薄的层只有 的厚度，而设备的直径是约 。在这种条件下，各向异性网格设置可以显著降低计算工作量。

微小特征尺寸（Tiny Feature Size）选项实际上关闭了在所有层中比Tiny Feature Size=100单位长度小的网格划分。最小网格角度（Minimum Mesh Angle）选项可以设置锐角三角形。删除内约束选项（Remove Inner Constraints）可以引入亚网格，在垂直方向上通过放置几个相同材料构成的薄层靠近彼此来实现(在本案例中是在中央空腔区域完成的)。

下图展示了上面所描绘的几何形状（左边上图DBR 是25组四分之一波层对，下面DBR 是30组四分之一波层对）和部分三角网格划分（右图，放大后是非常薄的激发层，可以看到具有尖锐三角形的各向异性网格）。

通过计算的3D解决方案，可以将计算的场分布导出到2D截面进行后处理。下图展示了平行于对称轴且通过腔体中心的截面，左图显示了光强分布，右图是场矢量分量的实部( ):