Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD (대한전자공학회논문지SD)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Design of 850 nm Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers by Using a Transfer Matrix Method

전달 행렬 방법을 이용한 850 nm수직 공진기 레이저 구조의 최적설계

  • Kim Tae-Yong (School of Electrical and Computer Engineering, Ajou University) ;
  • Kim Sang-Bae (School of Electrical and Computer Engineering, Ajou University)
  • Published : 2004.01.01
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Abstract

In comparison with edge-emitting lasers(EELs), predicting the output power and slope efficiency of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers(VCSELs) is very difficult due to the absorption loss in DBR layers. However, by using transfer matrix method(TMM), we've made possible to calculate such parameters of multi-layer structures like VCSELs. In this paper, we've calculated the threshold gain, threshold current and slope efficiency through the methodology based on TMM. Also TMM is the way of customizing the VCSEL structure for the desired threshold current and slope efficiency by changing the number of DBR mirror layers.

Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser(VCSEL)는 짧은 공진기(cavity)와 여러 층의 distributed Bragg reflector(DBR)층을 거울로 사용하기 때문에, edge-emitting lasers(EELs)와는 달리, 광출력 및 변환효율 등의 예측이 쉽지 않다. 그 주된 원인은 VCSEL에서는 Fabry-Perot 레이저와는 달리, 각각의 DBR 거울 층들이 손실을 가지고 있기 때문으로 이에 따라 상/하향광출력 비나 변환효율을 계산해 내는 데에 어려움이 있다. 그러나 전달 행렬 방법(transfer matrix method, TMM)을 이용하면, VCSEL과 같은 여러 층을 갖는 구조에서의 성능 지수를 정확히 계산할 수 있다. 이 논문에서는 전달 행렬 방법을 이용하여 VCSEL의 구조 변화에 따른 문턱이득, 문턱전류 밀도 및 변환효율을 구하였으며 문턱전류 및 변환효율 모두를 고려한 VCSEL의 최적 구조 설계 기법을 제시하였다.

Keywords

References

  1. G. R. Hadley, K. L. Lear, M. E. Warren, K. D. Choquette, J. W. Scott, S. W. Corzine 'Comprehensive Numerical Modeling of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers' IEEE J. Quantum Electron. vol. 32, no. 4, Apr. 1996
  2. Y. Kim, S. Nam, J. Jeong, 'Yield Estimation of 10-Gb/s Electroabsorption Modulator-Integrated DFB Lasers Due to Chirp,' IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 14, no. 4, pp. 447-449, Apr. 2002 https://doi.org/10.1109/68.992573
  3. O. A. Lavrova, D. J. Blumenthal, 'Detailed Transfer Matrix Method-Based Dynamic Model for Multisection Widely Tunable GCSR Lasers,' J. Lightwave Technol., vol. 18 no. 9 pp. 1274-1283, Sep. 2000 https://doi.org/10.1109/50.871706
  4. J. Hong, W.-P. Huang, T. Makino, 'Static and Dynamic Simulation for Ridge-Waveguide MQW DFB Lasers,' IEEE J. Quantum Electron., vol. 31, no. 1, Jan. 1995 https://doi.org/10.1109/3.341707
  5. R. Michalzik, K. J. Ebeling, 'Modeling and Design of Proton-Implanted Ultralow-Threshold Vertical-Cavity Laser Diodes' IEEE J. Quantum Electron. vol. 29, no. 6, June, 1993
  6. C. W. Wilmsen, H. Temkin, L. A. Coldren, Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, Cambridge University Press, Cambridge, 1999, Table 2.1