光子晶体VCSEL：研究进展与未来展望

"光子晶体垂直腔面发射激光器(VCSEL)的研究进展" 单模垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL）是激光技术中的一个重要分支，尤其因其低功耗、小发散角、高调制带宽以及易于二维集成的特性，被广泛应用于光互连、光存储、高速激光打印和长波通信等领域。VCSEL的核心设计在于其垂直结构，由顶部和底部的反射层构成，通过调整这些反射层的结构，可以实现单纵模输出。 光子晶体（Photonic Crystal）是一种具有周期性结构的材料，能够对特定波长的光进行操控，阻止或允许其通过。将二维光子晶体结构刻蚀到VCSEL的顶部反射层，可以创建一种光子晶体VCSEL，这种激光器能够在横向维度上实现单模限制，从而产生稳定的单横模激光输出。这种结构不仅改善了光束质量，还有助于控制激光的偏振特性。 光子晶体VCSEL的工作原理基于光子禁带效应，通过设计光子晶体的周期性结构，可以创建一个禁止特定频率光传播的区域。当激光腔内的光波长与光子晶体的禁带匹配时，就可以实现单模发射，提高激光器的效率和稳定性。 在研究进展方面，光子晶体VCSEL已经取得了显著的进步，包括提升输出功率、控制激光偏振和减小发散角等方面。为了提高出光功率，研究人员正在探索优化光子晶体的结构和材料，以增强激光腔内的光学增益。控制激光偏振可以通过设计具有特定对称性的光子晶体结构来实现，这可以限制激光在某一特定偏振方向上振荡。而减小发散角则涉及到改进激光器的光束整形技术，以获得更集中、定向的光束。 在中国，光子晶体VCSEL的研究也在快速发展，多个研究团队在器件设计、制备工艺和性能优化方面取得了积极成果。未来的研究方向可能包括更高性能的光子晶体结构设计、新型材料的应用以及VCSEL在新兴领域的应用探索，如量子计算、生物医学和物联网技术等。 光子晶体VCSEL结合了传统VCSEL的优点并克服了其在横向模式控制上的挑战，展现出巨大的潜力。随着科技的不断进步，我们有理由期待光子晶体VCSEL在未来的光电子领域扮演更为重要的角色。