动态SHB和静态SHB

空间烧孔效应（Spatial Hole Burning, SHB）既包含稳态特性，也表现出动态行为，具体取决于观测的时间尺度和激光器的工作条件。以下是详细分析：

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1. 稳态现象（稳态SHB）

在连续波（CW）或长时间稳定工作时，空间烧孔表现为一种准静态分布：

• 载流子消耗与补充平衡：
  当VCSEL在恒定电流下工作时，光场强区域的载流子被持续消耗，但同时通过电流注入和载流子扩散得到补充，最终形成稳定的载流子浓度空间分布。此时，烧孔图案（如载流子浓度凹陷）保持相对固定。
• 稳态模式竞争：
  这种稳定的载流子分布会导致不同横模（如基模LP01和高阶模LP11）的增益差异，可能使激光器长期锁定在某一模式，或维持多模振荡。

特点：

• 时间尺度远大于载流子寿命（通常纳秒量级）。
• 表现为静态的光强和载流子空间分布不均匀。

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2. 动态现象（动态SHB）

在瞬态或调制条件下，空间烧孔表现出明显的动态特性：

• 瞬态载流子再分布：
  当电流快速变化（如脉冲调制或高频信号注入）时，载流子浓度无法即时响应光场变化，导致烧孔位置和深度随时间波动。这会引发模式瞬态切换或弛豫振荡。
• 模式跳变的动态过程：
  例如，在电流阶跃增大时，原主导模式的光场可能突然增强，局部载流子被快速耗尽，触发另一模式在未耗尽区域获得增益，从而发生动态跳模。

特点：

• 时间尺度与载流子寿命（_{ns）或光子寿命（}ps）相当。
• 表现为模式功率波动、瞬时多模振荡等动态不稳定性。

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3. 关键影响因素

因素	稳态SHB	动态SHB
时间尺度	>μs	ns~ps
触发条件	恒定电流	电流调制、瞬态切换
主要表现	固定模式竞争	模式跳变、弛豫振荡
载流子动态	平衡态	非平衡态

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4. 实验与理论验证

• 稳态观测：
  通过显微荧光成像或近场扫描可观察到固定位置的载流子耗尽区（如量子阱中的“暗斑”）。
• 动态观测：
  使用高速探测器（如光电二极管+示波器）可捕捉调制时的模式跳变瞬态过程，或通过时间分辨光谱分析模式竞争动态。

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5. 如何区分稳态与动态SHB？

1. 稳态：
   • 激光器在恒定电流下工作，输出光谱和光斑模式稳定。
   • 载流子分布由长时间平均的光场决定。
2. 动态：
   • 电流调制或温度突变时，模式跳变或功率波动明显。
   • 载流子分布随时间快速演变，可能伴随弛豫振荡。

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6. 总结

• 稳态SHB：决定VCSEL的长期模式稳定性（如单模或多模工作）。
• 动态SHB：影响高频调制性能（如通信中的眼图质量）。
• 抑制策略：
  • 稳态：优化结构（如小孔径、光子晶体）均衡载流子分布。
  • 动态：降低载流子寿命（如低温生长量子阱）、优化调制波形。

空间烧孔效应的“稳态”与“动态”特性共同决定了VCSEL的性能边界，需根据具体应用场景针对性优化。