### 极化控制与单横向模式垂直腔面发射激光器的研究
#### 摘要
本文探讨了一种采用眼形氧化孔的极化控制及单横向模式垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, VCSELs）。通过增强各向异性氧化过程在氧化层上形成特定形状的孔径，实现了对激光器的模态和极化状态的有效控制。该方法在不同尺寸的孔径下均展现出良好的性能，具体表现为较高的正交极化抑制比（Orthogonal Polarization Suppression Ratio, OPSR）和单模抑制比（Single Mode Suppression Ratio, SMSR），表明了这种方法在未来应用中的巨大潜力。
#### 关键技术点详解
##### 1. 垂直腔面发射激光器（VCSELs）简介
垂直腔面发射激光器是一种小型、经济高效的激光发射器，具有低功耗和自然纵向单模操作等显著优点。与传统的边发射激光器不同，VCSELs由于其圆柱对称结构，并不能天然地确定输出光的偏振方向。因此，如何有效控制VCSELs的偏振状态成为了一个重要的研究课题。
##### 2. 眼形氧化孔的设计与实现
为了实现对VCSELs的偏振状态控制，本研究采用了增强各向异性氧化技术来制造眼形氧化孔。这种特殊形状的孔径可以有效地引导激光器内部的光学场分布，从而实现对激光偏振方向的选择性增强或抑制。
- **眼形氧化孔的设计原理**：通过精确控制氧化过程中的条件（如温度、压力等），可以在VCSELs的有源区域上方形成一个类似于“眼睛”形状的氧化孔。该孔的长轴方向与激光器的偏振方向相匹配，使得沿着这一方向传播的光波得到加强，而垂直于这一方向的光波则被抑制。
- **尺寸效应**：研究表明，孔径的大小对于激光器的性能有着直接影响。在本研究中，实验采用了两种不同尺寸的孔径，分别为2×4.6 µm² 和 3×6 µm²。结果表明，在这两种情况下，激光器均展现出了较好的性能指标。
##### 3. 性能评估
- **正交极化抑制比（OPSR）**：OPSR是衡量激光器输出光偏振纯度的重要指标之一。对于尺寸为2×4.6 µm² 的孔径，OPSR达到了22 dB；而对于3×6 µm² 的孔径，则为19 dB。这些数值表明，通过眼形氧化孔的设计能够有效地抑制非期望的偏振模式。
- **单模抑制比（SMSR）**：除了极化控制外，单模操作也是VCSELs的一项关键特性。本研究中的激光器在2×4.6 µm² 孔径条件下，即使在0.5 mW的输出功率下也能保持超过25 dB的SMSR，显示了出色的单模性能。
#### 结论与展望
采用眼形氧化孔的VCSELs不仅能够在较低的输出功率下实现高OPS和高SMSR，而且还能保持稳定的单模和单一偏振状态。这种方法为开发高性能的VCSELs提供了一种有效的途径，有望在高速数据通信、传感技术和精密测量等领域发挥重要作用。未来的研究将进一步探索更复杂形状的氧化孔设计，以及如何优化氧化工艺以提高激光器的综合性能。
