本文選題：分布反饋激光器 + 等效相移　； 參考：《南京大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、移動通信的快速增長,人們對數(shù)據(jù)流量及網(wǎng)絡(luò)接入速度的要求越來越高,由傳統(tǒng)分立器件構(gòu)成的光通信網(wǎng)絡(luò)逐漸出現(xiàn)壓力；同時(shí)由于通信設(shè)備的大量部署,數(shù)據(jù)中心的急速擴(kuò)張,光網(wǎng)絡(luò)的能耗問題也日益凸顯。為了解決通信帶寬瓶頸及通信能耗巨大的問題,人們普遍認(rèn)為光電子器件的集成將是這些問題的有效解決方案。最近幾年來,光子集成技術(shù)(PIC)一直是光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),包括現(xiàn)在炙手可熱的硅基光子集成平臺,以及相對成熟并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的InP集成光學(xué)平臺,都為光子集成的發(fā)展帶來了曙光。然而,無論是硅基光子集成平臺還是InP集成平臺,都離不開半導(dǎo)體激光器陣列這一關(guān)鍵器件。其中分布反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器作為光通信系統(tǒng)中的信源,一直是科學(xué)家們重點(diǎn)研究的關(guān)鍵器件,伴隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展,單個DFB半導(dǎo)體激光器的性能提升也越來越大。然而,要制作DFB激光器陣列卻并非易事,DFB半導(dǎo)體激光器通過Bragg光柵來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單模激射,其光柵周期在200 nm左右,要實(shí)現(xiàn)波長間隔準(zhǔn)確的DFB激光器陣列,要求光柵周期變化精確至0.1 nm,這即便是電子束曝光(EBL)技術(shù)也很難達(dá)到。并且EBL有加工過程緩慢復(fù)雜,成品率低下,成本高昂等缺點(diǎn),不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。為了解決上述困難,重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)(REC)被提出來并用于制作低成本的DFB半導(dǎo)體激光器陣列,本論文的研究重點(diǎn)即是基于REC技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本并且性能優(yōu)良的DFB激光器陣列,以及制作一些新型有用的集成器件。第一章是本論文的緒論,該章介紹了DFB半導(dǎo)體激光器的研究背景,光子集成目前的發(fā)展?fàn)顩r,以及REC技術(shù)的原理,簡要介紹了目前基于REC技術(shù)的研究成果。第二章首先介紹了DFB半導(dǎo)體激光器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了影響激光器性能的一個關(guān)鍵參數(shù)——折射率耦合系數(shù)的計(jì)算方法。然后研究了激光器鍍膜對其性能的影響,包括兩種常用的鍍膜方式——高反膜(HR膜)及抗反膜(AR膜),并且提出了通過非對稱相移的方法來提高激光器的性能,并用ALDS軟件進(jìn)行了仿真分析。第三章主要介紹的是高性能DFB激光器陣列的實(shí)現(xiàn)。該激光器陣列基于掩埋異質(zhì)結(jié)(BH)結(jié)構(gòu),基于該結(jié)構(gòu)的激光器具有低閾值、高斜效率、低噪聲以及窄線寬等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合REC技術(shù),我們成功制作了BH結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器陣列,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在1550 nm及1310 nm通信窗口的激光器陣列。測試結(jié)果表明,該激光器陣列擁有良好的性能,具有產(chǎn)業(yè)化的潛力。第四章提出并成功制備了一種新型的可調(diào)諧激光器。該可調(diào)諧激光器基于8波長REC激光器陣列,具有良好的單模穩(wěn)定性,通過溫度調(diào)諧可以實(shí)現(xiàn)25 nm的波長調(diào)諧范圍,性能良好。我們對該激光器芯片做了測試,并且成功封裝成了模塊。第五章是對本論文工作的總結(jié)與展望。
[Abstract]:With the rapid growth of Internet data and mobile communication, the demand of data flow and network access speed is becoming higher and higher, and the pressure of optical communication network composed of traditional discrete devices has gradually appeared. At the same time, due to the deployment of a large number of communication equipment, With the rapid expansion of data centers, the problem of energy consumption in optical networks has become increasingly prominent. In order to solve the problem of bandwidth bottleneck and huge communication energy consumption, it is generally considered that the integration of optoelectronic devices will be an effective solution to these problems. In recent years, photonic integration technology (InP) has been a hot research topic in the field of optical communication, including the hot silicon-based photonic integration platform and the relatively mature and industrialized InP integrated optical platform. All bring the dawn to the development of photon integration. However, both silicon-based photonic integration platform and InP integrated platform can not be separated from semiconductor laser array as a key device. As a signal source in optical communication system, distributed feedback semiconductor laser (DFT) laser is always the key device that scientists focus on. With the development of optical communication system, the performance of single DFB semiconductor laser is improving more and more. However, it is not easy to fabricate DFB laser array to realize stable single mode laser emission by Bragg grating. The grating period is about 200nm, and the DFB laser array with accurate wavelength interval must be realized. The grating period variation is required to be accurate to 0.1 nm, which is difficult to achieve even with electron beam exposure (EBL) technique. Moreover, EBL has some disadvantages, such as slow and complex process, low yield and high cost, so it is not suitable for mass industrial production. In order to solve the above problems, reconfigurable equivalent chirp technique has been proposed and used to fabricate low cost DFB semiconductor laser arrays. The focus of this thesis is to realize low-cost and excellent DFB laser arrays based on REC technology. And make some new useful integrated devices. The first chapter is the introduction of this thesis. This chapter introduces the research background of DFB semiconductor laser, the current development of photonic integration, and the principle of REC technology, and briefly introduces the current research results based on REC technology. In the second chapter, the standard structure of DFB semiconductor laser is introduced, and the method of calculating the coupling coefficient of refractive index, a key parameter affecting the performance of the laser, is deduced. Then, the influence of laser coating on its performance is studied, including two common ways of coating, high reflective film (HR) and anti-reflective film (AR), and the method of asymmetric phase shift is proposed to improve the performance of the laser. The simulation analysis is carried out with ALDS software. The third chapter mainly introduces the realization of high performance DFB laser array. The laser array is based on buried heterojunction (BH) structure. The laser based on this structure has the advantages of low threshold, high slant efficiency, low noise and narrow linewidth. In combination with REC technology, we have successfully fabricated BH structure DFB semiconductor laser arrays, and we have realized the laser arrays with 1550 nm and 1310 nm communication windows at the same time. The experimental results show that the laser array has good performance and potential for industrialization. In chapter 4, a novel tunable laser is proposed and successfully fabricated. The tunable laser is based on 8-wavelength REC laser array and has good single-mode stability. The wavelength tuning range of 25 nm can be achieved by temperature tuning, and the performance is good. We tested the laser chip and successfully encapsulated it into a module. The fifth chapter is the summary and prospect of this paper.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248.4

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本文編號：1948316