二維準光子晶體雷射之研究

Abstract

傳統光子晶體所具有之光能隙(Photonic band-gap)，由於布裡淵區(Brilliouin zone)所 造成非均勻的旋轉對稱性，會顯現出在k-space 上的非等向性。利用固態物理中的準晶 格(Quasi-crystal)結構，並藉由有限元素差分法(FDTD method)來做計算與設計，我們能 夠在布裡淵區上得到多於傳統光子晶體的旋轉對稱性(Rotational Symmetry)方向，藉以 消除光能隙的不均勻性，並且得到大範圍的光能隙區域。我們利用此概念及計算結果， 設計不同晶格結構的準光子晶體微共振腔雷射，模擬其共振模態，製作實際元件，並且 分析其各種雷射特性。此外，準光子晶體所形成的共振腔在符合多旋轉對稱的條件下， 預期可與目前在尺寸上已達瓶頸的Micro-disk 雷射與Micro-gears 雷射達成良好的整 合，並製作出突破繞射極限並且同時具有光能隙及全反射雙重效應的新型準光子晶體雷 射。利用準光子晶體所製作的微共振腔雷射被預期具有高於一般光子晶體雷射的邊模抑 制比(SMSR)，較高的輸出功率，並具有類似Micro-disk 的高Q 值WGM 模態，以及更 高的載子利用效率。此外，配合其雷射模態特性以及其晶格結構，我們預期設計並製作 新型的電流注入結構，以解決目前二維光子晶體共振腔雷射缺乏有效電流注入結構的困 境。