由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究人员领导的一项研究揭示了一种新型金属介电膜模式滤波器结构，可以灵活调节垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 中的横向模式，这证明了金属孔径在增强 VCSEL 内模式控制方面的潜力。这项研究发表在《传感器》杂志上。

研究人员模拟新型金属滤波 VCSEL 模式控制

传统氧化物限制型 VCSEL 在单模工作时，通常会遇到串联电阻增大和输出功率低的问题。为了克服这些限制，研究人员提出了一种使用金属孔径的有效模式滤波技术。

科研人员利用COMSOL软件建立了金属模式滤波垂直腔面发射激光器(MMF-VCSEL)的有限元仿真模型，仿真结果表明，P型分布布拉格反射器(P-DBR)对的数量、金属孔径尺寸、氧化物孔径尺寸对MMF-VCSEL的模式控制性能有显著影响。

具体而言，当 P-DBR 数量较少时，横向光场被强烈限制在金属孔径内，但随着 P-DBR 数量的增加，限制作用减弱。

当金属孔径小于氧化物孔径时，光散射效应随着两个孔径之间距离的减小而增强。

这导致模式识别和模式损耗增加，从而有助于提高单模稳定性。当金属孔径超过氧化物孔径时，VCSEL 中的光学模式主要由氧化物孔径控制。这凸显了金属和氧化物孔径在确定光场限制和模式识别方面之间的复杂相互作用。

此外，研究人员还引入了一个新参数——光增益，该参数表征了由于结构光散射而导致的不同横向模式阈值增益的变化。通过平衡模式间光增益差异和基模光增益，他们确定了最佳结构参数，从而提高了 MMF-VCSEL 的单模稳定性和斜率效率。

这种金属模式滤波 VCSEL 结构代表了光学模式控制方面的进步。通过灵活地调节横向模式，研究人员展示了具有改进性能特征的高功率单模 VCSEL 的潜力。

这项研究强调了金属孔径在增强 VCSEL 模式控制方面的关键作用。它为开发具有广泛应用的高性能 VCSEL 开辟了新途径。