半导体激光器是目前生产量最大的激光器,其应用领域十分广泛。普通半导体激光器的缺点是发散角很大,往往需要透镜系统来聚束。垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,简称VCSEL)是一种激光出射方向与腔面垂直的半导体激光器。但其也具有较大的发散角,限制了它在很多领域的应用。在VCSEL的基础上采用量子点发光结构光源具有性能高、体积小、成本低的优点。同时,与传统的分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflection,简称DBR)谐振腔相比,由光子准晶排列构成的谐振腔在结构上具有多样性,这就表明了其在独特结构中能展现出不同以往的特性。在光源底部采用光子准晶结构组成的全反射镜,顶部采用光子准晶结构的透射镜,这一设计的结构简单、体积较小,也有利于减小发散角。本文研究的是一种特殊的VCSEL,它是由光谱中心为460nm的量子点光源和Fibonacci光子准晶(Fibonacci photon quasicrystalline,简称FPQC)结构的谐振腔构成的。它具备了小体积、低成本、小发散角等优点。本文的具体研究内容如下:1.量子点光源的设计,为所研究的VCSEL提供可以调节光谱中心波长的光源,同时具备了小体积、低阈值的特点:(1)通过有限元法设计计算了量子点的发光模型,并根据掺杂材料的浓度占比不同确定了所需发光谱。(2)为了确定光源的阈值(即激光器的阈值电流和电压),分别从不同电压下光谱的急剧变化和光源结构的I-U曲线斜率确定了阈值的准确数值。2.光子准晶谐振腔的设计,以减小激光器的发散角、模场面积和传播过程中的损耗:(1)选取了Fibonacci排列顺序作为准晶结构的顺序,分别通过测量1层,2层,…,10层的准晶结构对应的反射率,确定了反射镜面的层数。之后固定一种材料的厚度,变化另一种的厚度,找出了最大反射率时第二种材料对应的厚度。再采用相同的方法求出最大反射率对应的第一种材料厚度,这样就找到了最大反射率时两种材料各自的厚度。最终得到了光谱中心460nm发光谱的全反射镜。(2)以同样的方法优化透射镜面,在这里主要考虑的是发散角和相对模场面积这两个参数。先确定透射镜面的层数,再确定每一层的具体厚度。于是得到了在460nm的光源下的谐振腔的反射镜面和透射镜面。3.FPQC谐振腔激光器和DBR谐振腔激光器的参数和对比:(1)介绍了两种激光器的整体结构、阈值。(2)根据文献设计优化了DBR激光器,使之达到了本光源条件下的最佳DBR谐振腔结构。(3)对比了二者的远场发散角、相对模场面积和输出光谱这些参量,进而得出了FPQC谐振腔激光器的优点。此外,作为激光器光源部分的量子点光源,通过改变掺杂浓度可以在可见光范围内得到任意的光谱中心,可以作为许多激光器的光源。同时,VCSEL谐振腔单侧的460nm全反射镜面,具有Fibonacci准晶结构、较小的体积,可以应用于射频识别、天线、传感器等领域。最终形成的FPQC谐振腔的VCSEL可以应用于小发散角的激光器领域。