太赫茲量子級聯(lián)激光器(THz-QCL)是融合電子和光子能帶工程的新型太赫茲源,具有功率高、可調(diào)諧、易集成等優(yōu)點。特別是單模太赫茲量子級聯(lián)激光器線寬極窄,在精密光譜測量、安全檢查等方面具有重要的應(yīng)用前景,是目前研究的焦點。為了獲得大功率輸出的單模THz-QCL,本文圍繞主控振蕩-功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu)展開了系列研究:1)通過實驗指出,基于雙金屬波導(dǎo)(金屬/有源區(qū)/金屬)的一級分布反饋太赫茲量子級聯(lián)激光器(THz-DFB-QCL),由于腔面的高反射率以及反射波相位的隨機性,難以獲得穩(wěn)定的單模輸出。針對該問題,設(shè)計并實現(xiàn)了一種新型單模THz-QCL。該器件通過DFB光柵產(chǎn)生諧振,但利用光柵耦合器輸出太赫茲波。光柵耦合器和吸收邊界的聯(lián)合運用,使得太赫茲波的反射率<1%,避免了因引入光柵耦合器而產(chǎn)生新的諧振,從而獲得穩(wěn)定的單模輸出。2)基于上述工作,實現(xiàn)了實現(xiàn)了國際上第一個具有“主控振蕩-功率放大”結(jié)構(gòu)的THz-QCL,命名為THz-MOPA-QCL。它由DFB激光器、預(yù)放大區(qū)以及光柵耦合器單片集成。DFB激光器作為主控振蕩源,其產(chǎn)生的種子激光經(jīng)預(yù)放大區(qū)放大后再由光柵耦合器輸出。THz-...

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 太赫茲技術(shù)與應(yīng)用
    1.2 太赫茲探測器
    1.3 太赫茲源
    1.4 論文主要內(nèi)容
第2章 太赫茲量子級聯(lián)激光器基本原理及研究現(xiàn)狀
    2.1 量子級聯(lián)激光器的基本原理
    2.2 太赫茲量子級聯(lián)激光器現(xiàn)狀
    2.3 主控振蕩-功率放大器
    2.4 THz-QCL的應(yīng)用
    2.5 THz-QCL面臨的挑戰(zhàn)
第3章 太赫茲量子級聯(lián)激光器的制備與測試
    3.1 材料的外延生長
    3.2 器件制備
        3.2.1 單面等離激元波導(dǎo)THz-QCL
        3.2.2 雙金屬波導(dǎo)THz-QCL
    3.3 太赫茲量子級聯(lián)激光器的表征方法
        3.3.1 光-電流-電壓特性測試
        3.3.2 絕對功率的測量
        3.3.3 光譜的測量
        3.3.4 發(fā)散角的測量
    3.4 THz-QCL外延材料基本特性的測試
    3.5 總結(jié)
第4章 基于光柵耦合器耦合輸出的一級分布反饋太赫茲量子級聯(lián)激光器
    4.1 器件結(jié)構(gòu)與模擬
    4.2 實驗方法
    4.3 實驗結(jié)果與討論
    4.4 總結(jié)
第5章 單模太赫茲主控振蕩-功率放大量子級聯(lián)激光器
    5.1 單模THz-MOPA-QCL結(jié)構(gòu)設(shè)計
    5.2 單模THz-MOPA-QCL測試與分析
    5.3 放大器的自激振蕩
    5.4 總結(jié)
第6章 大功率THz-MOPA-QCL
    6.1 高功率輸出的THz-DFB-QCL
        6.1.1 DFB掩埋光柵的設(shè)計與模擬
        6.1.2 器件結(jié)果
    6.2 光柵耦合器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
    6.3 大功率THz-MOPA-QCL
        6.3.1 應(yīng)用掩埋光柵與寬光柵耦合器的THz-MOPA-QCL
        6.3.2 應(yīng)用錐形預(yù)放大區(qū)來緩解增益飽和問題
    6.4 總結(jié)
第7章 THz-QCL的增益測量
    7.1 幾種半導(dǎo)體激光器增益的測量方法
        7.1.1 基于自發(fā)輻射譜的測量方法
        7.1.2 基于不同長度的有源區(qū)的增益測量方法
        7.1.3 基于時域光譜的增益測量方法
    7.2 基于MOPA結(jié)構(gòu)的增益測量方法
    7.3 基于THz-MOPA-QCL結(jié)構(gòu)的增益測量結(jié)果
    7.4 MOPA結(jié)構(gòu)測量增益的有點存在的問題和改進(jìn)方法
    7.5 總結(jié)
第8章 太赫茲波在雙金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的彎折與分束
    8.1 太赫茲波在L形直角波導(dǎo)中的傳播
    8.2 太赫茲波通過T形波導(dǎo)的分束
    8.3 利用T型雙金屬波導(dǎo)實現(xiàn)THz-QCL和THz-QCD之間太赫茲波的傳導(dǎo)與分束
    8.4 總結(jié)
第9章 總結(jié)與展望
    9.1 全文總結(jié)
    9.2 存在的問題與展望
參考文獻(xiàn)
附錄 外延片M1398的材料結(jié)構(gòu)
致謝
作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果



本文編號：3746900