【摘要】：光通信、光探測(cè)等領(lǐng)域的發(fā)展需要其核心元件—激光器擁有窄的線(xiàn)寬。現(xiàn)有窄線(xiàn)寬激光器如固體激光器等價(jià)格較為昂貴。而外腔激光器正是以其低廉的價(jià)格和優(yōu)越的性能受到了人們的廣泛關(guān)注。針對(duì)通信、探測(cè)、傳感領(lǐng)域?qū)�(xiàn)寬10kHz半導(dǎo)體激光器的需求,本論文對(duì)基于光纖光柵的外腔半導(dǎo)體激光器進(jìn)行了研究,包括光纖光柵外腔半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、半導(dǎo)體激光增益芯片的研制、半導(dǎo)體激光增益芯片與光纖光柵的高效耦合以及光纖光柵外腔半導(dǎo)體激光器的性能分析等。在理論研究部分,本文創(chuàng)新性地將動(dòng)態(tài)理論和靜態(tài)理論結(jié)合,利用MATLAB,以等效腔模型和利用修正后的速率方程對(duì)外腔半導(dǎo)體激光器的靜態(tài)特性—閾值和動(dòng)態(tài)特性—線(xiàn)寬進(jìn)行了模擬分析。模擬結(jié)果表明:該模型中激光器工作在60mA時(shí),外腔光柵反射率由0.1提高至0.9時(shí),閾值電流從9.04mA降低至4.01mA,線(xiàn)寬由95.27kHz降低至1.34kHz;外腔長(zhǎng)度由2cm增加至6cm時(shí),激光器線(xiàn)寬由3.20kHz降低至0.36kHz;增益芯片長(zhǎng)度由600μm降低至200μm時(shí),激光器線(xiàn)寬由1.69kHz降低至1.22kHz。也就是說(shuō),外腔反饋的增強(qiáng)可以使激光器閾值和激線(xiàn)寬減小。外腔長(zhǎng)度的增加可以在一定范圍內(nèi)有效壓窄激光器線(xiàn)寬。增益芯片尺寸的減小也能對(duì)線(xiàn)寬壓窄做出貢獻(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)部分,器件制作可分為三步,首先為1550nm波段的InP增益芯片的制作,然后為光纖外腔與波導(dǎo)外腔,經(jīng)篩選后最終進(jìn)行耦合封裝。其難點(diǎn)在于要保證激光器的單模操作、保證足夠大的耦合效率和穩(wěn)定的工作條件。為保證單模操作,我們制備了性能優(yōu)良的外腔反饋光柵(反射峰寬約50pm)。為保證足夠的耦合效率,我們采用了透鏡進(jìn)行光束整形。為保證穩(wěn)定的工作條件,我們使用了高精度的電流源和溫度控制器TEC。最終經(jīng)測(cè)量,該激光器的閾值電流約為12.37mA,最低線(xiàn)寬100.281Hz,國(guó)際上William等人制作的類(lèi)似結(jié)構(gòu)的外腔激光器線(xiàn)寬為1kHz。
【圖文】：

圖 1.1 DWDM 光收發(fā)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)相干光通信系統(tǒng)可以極大地提高 DWDM 的性能，然而其對(duì)光源要求較高低相位噪聲（通常對(duì)應(yīng)窄線(xiàn)寬）的激光器才能滿(mǎn)足要求。圖 1.2 星座圖表激光器線(xiàn)寬對(duì)相干光通信系統(tǒng)的影響。

相干光通信系統(tǒng)可以極大地提高 DWDM 的性能，然而其對(duì)光源要求較高，只低相位噪聲（通常對(duì)應(yīng)窄線(xiàn)寬）的激光器才能滿(mǎn)足要求。圖 1.2 星座圖表示出激光器線(xiàn)寬對(duì)相干光通信系統(tǒng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN248.4

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本文編號(hào)：2522199