半导体耦合微盘谐振腔的模式特征研究

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1、华侨大学硕士研究生毕业论文原创性声明本人声明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的研究成果。论文写作中不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容，如参考他人或集体的科研成果，均在论文中以明确的方式说明。本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。学位论文作者签名：日期：学位论文版权使用授权声明本人同意授权华侨大学有权保留并向国家机关或机构送交学位论文和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅。论文作者签名：指导教师签名：签名日期：签名日期：II华侨大学硕士学位论文摘要半导体微腔激光器具有小体积，低功耗，低阈值等优点，

2、在光子集成和光电子集成等方面有广阔的应用前景。半导体微盘激光器作为最早发展起来的微腔激光器，已经被各国科学家进行了广泛的研究。最近，耦合微盘激光器也因为能通过光刻技术这个简单的制作方法来实现而引起了科学家们的广泛关注。本论文运用二维时域有限差分方法（FDTD）并参照二维微盘的解析解，模拟和分析了半径(R)相同，折射率为n的两个微盘构成的耦合微盘随两个微盘之间的距离发生变化时的模式特征。对于同一阶回音壁模式(Whisper-GalleryMode)，当模场分布呈不同对称性时，模式波长和品质因子(Q值)随微盘间

3、距的大小的变化出现分裂现象。结果还显示一阶回音壁模式和二阶回音壁模式在一定情况下会发生耦合，并且当耦合区大小变化时一阶模和二阶模的模式耦合特征中出现了反交叉耦合现象。运用FDTD方法对于n＝3.2，R＝1µm的耦合微盘的模拟时发现，模场分布关于Y轴呈对称分布时，一阶WGMTE9,1模和二阶WGMTE6,2模的模式特征随微盘间距大小变化时，模式特征的变化存在反交叉耦合模现象。而当n＝2.8时，TE9,1和TE6,2也发生耦合，且模场分布关于Y轴呈反对称分布时，模式波长出现耦合交叉现象。若改变微盘的半径，同样存

4、在基模和高阶模的耦合现象。一阶和二阶WGM的耦合会导致一阶WGM模式Q值的下降。因此在做器件的时应避开这些耦合模，使品质因子处于最大值，从而实现激光器的低阈值激射。关键词：耦合微盘，FDTD，模式耦合，反交叉耦合1李俊杰半导体耦合微盘谐振腔的模式特性研究AbstractSemiconductormicrocavitylayershavemanyadvantagessuchasultrasmallvolumeandultralowthreshold.Theyhavegreatpotentialapplicat

5、ionsinoptoelectrinicsintegration.Asoneoftheimportanttypesofmicrocavitylasers,microdisklasershavebeeninvestigatedallovertheworld.Recently,evanescent-coupledmicrodiskshaveattractedagreatattention,becausetheycanbefabricatedeasilybythelithographictechnique.Num

6、ericalsimulationisthefabricateelementsforthesemiconductormicrodisks.Inthispaper,Themodecharacteristicsfortwincoupledmicrodisksareinvestigatedby2-Dfinite-differencetime-domain(FDTD)technique.Inthetwocoupledmicodisks,modecouplingbetweenthesameorderwhispering

7、-gallerymodes(WGMs)resultsincoupledWGMswithsplitmodewavelengths.ThenumericalresultsshowthatthesplitmodewavelengthsofthecoupledfirstandsecondorderWGMscanhaveacrosspointinsomecase.ForthetwocoupledmicrodiskswiththeradiusR=1µmandtherefractiveindexn=3.2.Theanti

8、-crossingcouplingexistsbetweenthecoupledWGMsTE9,1andTE6,2forthefieldpatternissymmetrytotheYaxis.Whenchangento2.8.ThemodewavelengthsofthetwocoupledWGMsTE9,1andTE6,2haveacrosspointinsomeplace.WhenchangeR.Themod