在2025年的科技浪潮中，激光器行業(yè)競爭愈發(fā)激烈。垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)憑借閾值低、可單縱模工作、輸出光斑為圓形等顯著優(yōu)勢，在光通信、光互聯(lián)等眾多領(lǐng)域占據(jù)重要地位，成為行業(yè)競爭的焦點之一。深入探究其橫模競爭特性，對提升激光器性能、增強(qiáng)企業(yè)競爭力意義重大。

  一、構(gòu)建二維速率方程理論模型，剖析激光器橫模競爭基礎(chǔ)

  考慮到載流子密度的空間分布情況，空間相關(guān)的速率方程對于研究激光器橫模競爭特性至關(guān)重要?；诙嗄５乃俾史匠探M，建立適用于垂直腔面發(fā)射激光器的二維模型。

  《2025-2030年全球及中國激光器行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，鑒于VCSELs的柱形結(jié)構(gòu)，采用柱坐標(biāo)系進(jìn)行研究。由于其有源區(qū)很薄，為簡化計算，忽略 z 方向的不一致性，并在有源區(qū)橫截面上對光子密度的方程進(jìn)行積分。為考慮載流子密度角向的不均勻性，對載流子密度進(jìn)行特殊形式展開，將其代入速率方程組并積分，最終得到常微分方程組，為后續(xù)分析激光器橫模競爭特性奠定理論基礎(chǔ)。

  二、數(shù)值計算與分析，揭示影響激光器橫模競爭的關(guān)鍵因素

  應(yīng)用所建立的模型，對不同電極形狀以及不同的注入電流角向分布情況下 VCSELs 的多橫模特性進(jìn)行數(shù)值計算。

  首先，采用圓盤電極，當(dāng)電極半徑與氧化孔半徑大小相等時，分析不同注入電流強(qiáng)度下各模式的強(qiáng)度分布。結(jié)果顯示，注入電流較小時，激光器不激射;隨著電流增加，隨后高階模式依次激射。較低階模式在電流增加到一定程度后趨于穩(wěn)定，而高階模式受電流影響較大，持續(xù)增長。

  接著，將注入電流固定為 5mA，改變圓盤電極的半徑，研究激光器模式輸出情況。當(dāng)電極半徑很小時，基模在輸出功率中占絕對優(yōu)勢;半徑增大，高階模式輸出功率逐漸增大，基模輸出功率下降，且不同高階模式在不同半徑下呈現(xiàn)不同的輸出變化趨勢，說明電極尺寸對激光器輸出功率中各模式的分布影響很大。

  然后，分析固定電極寬度為 1μm 時環(huán)狀電極的情況，以及改變環(huán)形電極寬度時激光器模式輸出的分布，發(fā)現(xiàn)與圓盤電極情況類似，電極位置和寬度的變化會影響激光器的輸出模式，低階模式和高階模式的輸出功率會隨著電極的變化而改變。

  三、總結(jié)：把握激光器橫模競爭特性，助力行業(yè)發(fā)展

  垂直腔面發(fā)射激光器在注入電流超過閾值時，會出現(xiàn)多個橫模并存，引發(fā)橫模競爭，其主要因素是載流子的擴(kuò)散和空間燒孔效應(yīng)。通過對二維速率方程理論模型的構(gòu)建以及不同條件下的數(shù)值計算與分析可知，注入電流的強(qiáng)度、輪廓，電極的形狀、位置等因素，對激光器的模式行為起著關(guān)鍵作用。采用角向呈周期性分布的注入電流，能夠?qū)崿F(xiàn)模式正弦和余弦部分的分離，這一結(jié)論為垂直腔面發(fā)射激光器的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能優(yōu)化提供了重要指導(dǎo)。在2025年激光器行業(yè)激烈的競爭中，深入理解并運用這些特性，有助于企業(yè)研發(fā)出性能更優(yōu)的激光器產(chǎn)品，提升自身競爭力，推動整個激光器行業(yè)不斷向前發(fā)展。

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