垂直腔面發(fā)射激光器 （VCSEL） 是一種特定的微型化半導(dǎo)體激光二極管。諧振腔通常由布拉格反射鏡（分布式布拉格反射器DBR）構(gòu)成，激光束發(fā)射垂直于頂部的表面。本教程案例展示了如何設(shè)置復(fù)雜的 VCSEL 幾何形狀，以及如何用其特有的 3D 模式輪廓、共振波長和質(zhì)量因子（Q 因子）高效的計算腔膜。該設(shè)置緊跟文獻(xiàn)中的案例（比恩斯特曼等人2001年發(fā)表的文章）。其結(jié)構(gòu)形狀是旋轉(zhuǎn)對稱的，因此您可以在圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)中使用共振模式求解器來計算共振。
幾何體（由一個二維平面幾何形狀圍繞 y 軸旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生三維器件幾何結(jié)構(gòu)）和各種網(wǎng)格生成參數(shù)在文件layout.jcm中定義。在此特定情況下，所有層（DBR、激發(fā)層、光圈層、腔層）都在絕對坐標(biāo)中定義為多邊形，精度低于納米量級。
設(shè)置網(wǎng)格選項，以便獲得相對較大的且不太精細(xì)離散化的計算域。（在這種情況下，最薄的層只有 的厚度，而設(shè)備的直徑是約 。在這種條件下，各向異性網(wǎng)格設(shè)置可以顯著降低計算工作量。
微小特征尺寸（Tiny Feature Size）選項實際上關(guān)閉了在所有層中比Tiny Feature Size=100單位長度小的網(wǎng)格劃分。最小網(wǎng)格角度（Minimum Mesh Angle）選項可以設(shè)置銳角三角形。刪除內(nèi)約束選項（Remove Inner Constraints）可以引入亞網(wǎng)格，在垂直方向上通過放置幾個相同材料構(gòu)成的薄層靠近彼此來實現(xiàn)(在本案例中是在中央空腔區(qū)域完成的)。
下圖展示了上面所描繪的幾何形狀（左邊上圖DBR 是25組四分之一波層對，下面DBR 是30組四分之一波層對）和部分三角網(wǎng)格劃分（右圖，放大后是非常薄的激發(fā)層，可以看到具有尖銳三角形的各向異性網(wǎng)格）。
通過計算的3D解決方案，可以將計算的場分布導(dǎo)出到2D截面進(jìn)行后處理。下圖展示了平行于對稱軸且通過腔體中心的截面，左圖顯示了光強(qiáng)分布，右圖是場矢量分量的實部( ):
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