中紅外激光器在氣體傳感、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷和工業(yè)過程控制等應(yīng)用中有獨(dú)特的優(yōu)勢,由于氣體的吸收峰非常窄,因此激光器的單模特性至關(guān)重要,波長可調(diào)諧激光器還可以兼顧多種氣體探測的需求。目前中紅外能夠?qū)崿F(xiàn)單模輸出的只有DFB激光器和外腔激光器,但是DFB激光器含有光柵,制作復(fù)雜、成本高且調(diào)諧范圍只有幾納米,而外腔激光器體積大,不方便集成。V型腔激光器在近紅外通信波段已經(jīng)實現(xiàn)單模大范圍調(diào)諧,并且無需光柵,成本低,波長切換簡單。本文首次將V型耦合腔的概念引入帶間級聯(lián)激光器,以實現(xiàn)單片集成的單模波長大范圍調(diào)諧的中紅外激光器。帶間級聯(lián)激光器經(jīng)過多年來的發(fā)展,已經(jīng)在3-6μm波段實現(xiàn)了室溫高效輸出。但是與InP基材料相比,銻化物材料的工藝水平還不成熟,同時帶間級聯(lián)激光器具有非常多層的結(jié)構(gòu),垂直和橫向電導(dǎo)嚴(yán)重不平衡,因此帶間級聯(lián)激光器采用深刻蝕波導(dǎo)(即刻蝕到有源層以下)以確保電流均勻注入每個級聯(lián)臺階,這增大了帶間級聯(lián)激光器的制作難度。本文主要研究基于Ⅱ型量子阱銻化物帶間級聯(lián)材料的V型腔激光器的設(shè)計、制作與測試。首先我們介紹了實驗中使用的帶間級聯(lián)材料及FP激光器的基本結(jié)構(gòu)。通過對V型腔激光器結(jié)構(gòu)和工作原理的...

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 中紅外半導(dǎo)體激光器的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 傳統(tǒng)Ⅰ型量子阱激光器
        1.2.2 量子級聯(lián)激光器
        1.2.3 帶間級聯(lián)激光器
    1.3 單模波長可調(diào)諧激光器的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 外腔激光器
        1.3.2 基于光柵結(jié)構(gòu)的單片激光器
        1.3.3 耦合腔激光器
    1.4 光學(xué)氣體傳感
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
        1.5.1本文的主要研究內(nèi)容
        1.5.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)
2 Ⅴ型耦合腔帶間級聯(lián)激光器的原理與設(shè)計
    2.1 中紅外銻化物帶間級聯(lián)材料
    2.2 Ⅴ型耦合腔激光器的工作原理
        2.2.1 Ⅴ型腔激光器的游標(biāo)效應(yīng)
        2.2.2 半波耦合器的選模特性
    2.3 帶間級聯(lián)Ⅴ型耦合腔激光器的設(shè)計與參數(shù)優(yōu)化
        2.3.1 深刻蝕波導(dǎo)的設(shè)計
        2.3.2 深刻蝕半波耦合器的設(shè)計
3 銻化物帶間級聯(lián)激光器的工藝及器件制作
    3.1 帶間級聯(lián)Ⅴ型耦合腔激光器的工藝流程
    3.2 電隔離工藝
    3.3 銻化物材料的刻蝕工藝
        3.3.1 濕法刻蝕工藝
        3.3.2 干法刻蝕工藝
        3.3.3 濕法刻蝕和干法刻蝕工藝的對比
        3.3.4 帶間級聯(lián)Ⅴ型耦合腔激光器的深刻蝕波導(dǎo)
    3.4 鈍化及開窗工藝
    3.5 電極制作及反射面鍍金
        3.5.1 二次電極制作
        3.5.2 反射面鍍金
    3.6 本章小結(jié)
4 中紅外帶間級聯(lián)激光器的性能表征
    4.1 測試系統(tǒng)
        4.1.1 液氮杜瓦
        4.1.2 激光器芯片的封裝
        4.1.3 激光器的功率測試系統(tǒng)
        4.1.4 激光器的光譜測試系統(tǒng)
    4.2 帶間級聯(lián)材料特性及FP激光器基本結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果
        4.2.1 波導(dǎo)損耗的測試
        4.2.2 反射面對FP激光器LIV特性的影響
        4.2.3 溫度對FP激光器LIV特性的影響
        4.2.4 閾值光譜與材料的群折射率
        4.2.5 波長的溫度調(diào)諧特性
        4.2.6 波長的電流調(diào)諧特性
    4.3 V型耦合腔激光器的光電特性
        4.3.1 V型耦合腔激光器的LIV特性
        4.3.2 V型耦合腔激光器的光譜特性
        4.3.3 傅里葉變換光譜儀參數(shù)對光譜測試的影響
    4.4 本章小結(jié)
5 基于V型耦合腔激光器的氣體傳感
    5.1 TDLAS的研究背景及技術(shù)方案
    5.2 氣體吸收峰的選擇及激光器輸出波長標(biāo)定
    5.3 直接吸收法測量氣體濃度
    5.4 波長調(diào)制法測量氣體濃度
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 對未來工作的展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介



本文編號：3798944