在2025年的科技浪潮中，激光器行业竞争愈发激烈。垂直腔面发射激光器(VCSELs)凭借阈值低、可单纵模工作、输出光斑为圆形等显著优势，在光通信、光互联等众多领域占据重要地位，成为行业竞争的焦点之一。深入探究其横模竞争特性，对提升激光器性能、增强企业竞争力意义重大。

  一、构建二维速率方程理论模型，剖析激光器横模竞争基础

  考虑到载流子密度的空间分布情况，空间相关的速率方程对于研究激光器横模竞争特性至关重要。基于多模的速率方程组，建立适用于垂直腔面发射激光器的二维模型。

  《2025-2030年全球及中国激光器行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，鉴于VCSELs的柱形结构，采用柱坐标系进行研究。由于其有源区很薄，为简化计算，忽略 z 方向的不一致性，并在有源区横截面上对光子密度的方程进行积分。为考虑载流子密度角向的不均匀性，对载流子密度进行特殊形式展开，将其代入速率方程组并积分，最终得到常微分方程组，为后续分析激光器横模竞争特性奠定理论基础。

  二、数值计算与分析，揭示影响激光器横模竞争的关键因素

  应用所建立的模型，对不同电极形状以及不同的注入电流角向分布情况下 VCSELs 的多横模特性进行数值计算。

  首先，采用圆盘电极，当电极半径与氧化孔半径大小相等时，分析不同注入电流强度下各模式的强度分布。结果显示，注入电流较小时，激光器不激射;随着电流增加，随后高阶模式依次激射。较低阶模式在电流增加到一定程度后趋于稳定，而高阶模式受电流影响较大，持续增长。

  接着，将注入电流固定为 5mA，改变圆盘电极的半径，研究激光器模式输出情况。当电极半径很小时，基模在输出功率中占绝对优势;半径增大，高阶模式输出功率逐渐增大，基模输出功率下降，且不同高阶模式在不同半径下呈现不同的输出变化趋势，说明电极尺寸对激光器输出功率中各模式的分布影响很大。

  然后，分析固定电极宽度为 1μm 时环状电极的情况，以及改变环形电极宽度时激光器模式输出的分布，发现与圆盘电极情况类似，电极位置和宽度的变化会影响激光器的输出模式，低阶模式和高阶模式的输出功率会随着电极的变化而改变。

  三、总结：把握激光器横模竞争特性，助力行业发展

  垂直腔面发射激光器在注入电流超过阈值时，会出现多个横模并存，引发横模竞争，其主要因素是载流子的扩散和空间烧孔效应。通过对二维速率方程理论模型的构建以及不同条件下的数值计算与分析可知，注入电流的强度、轮廓，电极的形状、位置等因素，对激光器的模式行为起着关键作用。采用角向呈周期性分布的注入电流，能够实现模式正弦和余弦部分的分离，这一结论为垂直腔面发射激光器的微观结构设计和性能优化提供了重要指导。在2025年激光器行业激烈的竞争中，深入理解并运用这些特性，有助于企业研发出性能更优的激光器产品，提升自身竞争力，推动整个激光器行业不断向前发展。