半導(dǎo)體脈沖激光器在許多領(lǐng)域都有著非常廣闊的應(yīng)用前景,深入研究其物理機制,設(shè)計出可產(chǎn)生超短脈沖的半導(dǎo)體激光器,對進一步促進其應(yīng)用具有重要意義。強泵浦(電或光)的條件有利于產(chǎn)生大功率超短脈沖,本論文基于半導(dǎo)體激光器速率方程,通過引入增益飽和與載流子復(fù)合機制,構(gòu)建出適用于強泵浦條件下的半導(dǎo)體脈沖激光器模型,分析了半導(dǎo)體激光器在強泵浦條件下通過增益開關(guān)技術(shù)產(chǎn)生的光脈沖特性。以此為基礎(chǔ),再結(jié)合傳輸線激光器模型(TLLM)的特點,構(gòu)建出引入載流子傳輸過程的雙阱半導(dǎo)體激光器速率方程,研究了載流子非均勻分布情況下的輸出光脈沖特性。主要工作及研究內(nèi)容如下:1)將強泵浦條件下的增益飽和與載流子復(fù)合ABC模型引入半導(dǎo)體激光器速率方程模型,分析并討論輸入脈沖參數(shù)、激光器增益參數(shù)與ABC模型中各個參數(shù)對強泵浦條件下產(chǎn)生的光脈沖特性的影響。2)獲得強電流注入條件下的雙量子阱氮化鎵激光器脈沖輸出特性實驗結(jié)果,并結(jié)合傳輸線激光器模型特點,在半導(dǎo)體激光器速率方程模型中引入載流子傳輸時間與隧穿時間,建立雙阱速率方程,對實驗結(jié)果進行擬合。3)基于構(gòu)建的雙阱半導(dǎo)體激光器速率方程,詳細討論了載流子在量子阱間的非均勻分布對光脈沖輸出特性的影響。本論文所構(gòu)建的強泵浦條件下半導(dǎo)體激光器速率方程模型可為半導(dǎo)體激光器的特性分析及設(shè)計優(yōu)化提供重要依據(jù)及參考。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN248.4
【部分圖文】：

當載流子密度低于激光產(chǎn)生的閾值時，此時射激光；當載流子密度高于閾值時，此時達到激光增激光器達到穩(wěn)態(tài)工作之前總會經(jīng)歷一段馳豫振蕩的常有一個高功率窄脈寬的脈沖尖峰，如果使用脈寬足直接得到窄脈寬高峰值的激光脈沖輸出[8]。增益開關(guān)作原理如圖 1.1 所示。這一技術(shù)的優(yōu)勢在于可以通過功率、脈寬等特性實現(xiàn)對輸出光脈沖脈寬、重復(fù)頻率一技術(shù)發(fā)展相對緩慢，其中的技術(shù)瓶頸主要有：1）超短激光脈沖，2）產(chǎn)生的激光脈沖功率很低，3）由光脈沖光譜展寬等。目前使用增益開關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體沖壓縮、整形、放大系統(tǒng)相結(jié)合組成一套增益開關(guān)脈秒級的超短激光脈沖。

華東師范大學碩士學位論文方向的輸出功率，會在與出光方向相對的解理面上鍍上一層高反膜，并且為了減少橫向的激光輸出會將與輸出方向平行的兩面進行粗糙處理如圖 2.1(a)所示。DFB 和 DBR 則采用內(nèi)置的周期性結(jié)構(gòu)形成光反饋實現(xiàn)單模和選頻輸出。不同點在于 DFB 利用了布拉格光柵的分布反饋機制(圖 2.1(b))，而 DBR激光器采用布拉格反射鏡作為端面進行反射(圖 2.1(c))。面發(fā)射激光器的激光輸出方向與有源區(qū)結(jié)面垂直，垂直諧振腔型面發(fā)射激光器主要采用多對分布式布拉格反射鏡（DBR）在垂直于襯底方向的生長排列構(gòu)成(圖 2.1(d))。幾種諧振腔的具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.1 所示。

后來出現(xiàn)的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器克服了這一缺點，可以實現(xiàn)在低閾值件下的運行，并提高了輸出功率和效率。隨著半導(dǎo)體制造工藝與技術(shù)的出現(xiàn)了量子阱半導(dǎo)體激光器。在半導(dǎo)體激光器中，其發(fā)光過程主要在有生，通常體材料半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)厚度在 0.2μm 左右。如果有源區(qū)小到載流子的德布羅意波長量級，這就會使載流子的運動被限制在二維于有源區(qū)的方向上，載流子的動能將使用量子化能量來表示。在這種情體材料的電學和光學性質(zhì)發(fā)生劇烈的變化。這種結(jié)構(gòu)由于在一維方向上具有約束作用，與量子力學中的一維勢阱問題相似，因此，這種結(jié)構(gòu)被阱。一個簡單的量子阱半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.2 所示，電子別通過電極注入到摻雜層，并在有源區(qū)內(nèi)通過復(fù)合過程與能帶躍遷引起射和受激輻射產(chǎn)生光子，產(chǎn)生的滿足諧振條件的光子在諧振腔內(nèi)持續(xù)在達到一定強度后通過解理面或 DBR 出射，從而輸出激光。
【參考文獻】

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1 劉一兵;;GaN基藍光LED峰值波長藍移現(xiàn)象分析及解決措施[J];湖南工業(yè)大學學報;2008年03期

本文編號：2879200