斜率效率作為衡量PCSELs器件的重要指標(biāo)，定義為單位注入電流的光功率。該指標(biāo)與實(shí)現(xiàn)PCSELs高亮度直接相關(guān)。亮度表示激光束能夠被聚焦的強(qiáng)度或發(fā)射的激光束發(fā)散的寬窄度。通常與激光器的功率成正比，與發(fā)射面積及發(fā)射光束的立體角成反比。因此斜率效率越大能夠表明該激光器件的功率及亮度方面性能越好。

斜率效率用公式可以表示為：

其中，?ω為光子能量，e為基本電荷量（為1.6*10^-19 eV），A為激光器襯底的單程光吸收，ηi為有源層的載流子注入效率，αv,up、αv,down、α//及α0則分別表示激射模式的向上及向下的輻射常數(shù)、激射模式進(jìn)入電流注入?yún)^(qū)附近的面內(nèi)損耗及材料本身吸收和散射損耗導(dǎo)致的本征損耗。上述四個輻射常數(shù)及損耗之間的關(guān)系可見下圖。

根據(jù)上述斜率效率的公式可見，要想增大器件的輸出功率或亮度可以從上述的四個輻射常數(shù)及損耗入手。首先是考慮如何能夠增大αv,up，決定αv（αv,up與αv,down的總和）的最重要的因素之一是輻射波在遠(yuǎn)場的相消程度，輻射波由PC層中通過布洛赫基波之間的光學(xué)耦合形成的2D共振模式發(fā)射到遠(yuǎn)場，其相消程度取決于2D共振模式的對稱性，而2D共振模式的對稱性則主要由晶格類型和晶胞中的格點(diǎn)的形狀決定。換言之就是光子晶體格點(diǎn)的形狀的對稱性越強(qiáng)則輻射波在遠(yuǎn)程的相消越強(qiáng)而其輻射常數(shù)αv也就越小。因此可以考慮將光子晶體的晶格格點(diǎn)設(shè)計為對稱性較小的形狀，如三角形或不規(guī)則圖形。其次，我們在上述考慮如何增大αv的過程中，αv,up和αv,down會同時增大，其中由于αv,down是往PCSELs出光孔的反方向輻射的，因此這部分的光將會是浪費(fèi)的。所以我們應(yīng)該考慮如何在增大αv,up的同時抑制αv,down。目前較常見的手段是在PCSELs器件的底部設(shè)置一層高反層或DBR來實(shí)現(xiàn)將向下輻射的光反射向上，這樣所得到的αv,up值與背面反射鏡的反射率以及反射光與向上輻射的光的干涉相位之間的關(guān)系可以表示為：

其中，αv0為無反射鏡下的總輻射常數(shù)，R為反射鏡的反射率、θB為干涉相位。因此，當(dāng)相位為0時，產(chǎn)生相長干涉，αv,up=2αv0。第三，考慮如何減小面內(nèi)損耗α//，這取決于基本布洛赫波之間的面內(nèi)耦合強(qiáng)度和器件的尺寸。當(dāng)器件的尺寸足夠?。ㄐ∮趲资⒚讜r），引入面內(nèi)異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可以有效的降低α//，異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)能夠有效的將共振光限制在有源區(qū)內(nèi)；當(dāng)器件的尺寸適中（在數(shù)十微米到上百微米之間），通過調(diào)節(jié)光學(xué)限制因子和光子晶體晶胞中低折射率部分的填充因子，通過控制基本布洛赫波之間的面內(nèi)光學(xué)耦合可以適當(dāng)?shù)慕档挺?/。當(dāng)器件的尺寸足夠大時（直徑在幾百微米），α//將會自動減小。然而在這種情況下，多縱模震蕩現(xiàn)象開始出現(xiàn)，不僅基模增強(qiáng)，更多的高階振蕩模式也隨之增強(qiáng)。最后，考慮如何降低材料的本征損耗α0，其中包含材料的吸收損耗及散射損耗。在III-V組半導(dǎo)體材料激光器中，材料的吸收損耗主要來源于包層中的自由載流子吸收。而p包層中的自由載流子吸收要遠(yuǎn)大于n包層，因此通過設(shè)計非對稱垂直結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)減小p包層的光分布從而減小該區(qū)域的吸收損耗。

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