發(fā)布時(shí)間：2017-09-02 07:33

  本文關(guān)鍵詞：基于高階光柵的高功率單縱模半導(dǎo)體激光器研究

  更多相關(guān)文章： 半導(dǎo)體激光器 高階光柵 單縱模激光器 空間相干性

【摘要】：高階光柵單縱模半導(dǎo)體激光器是一種新型的單縱模半導(dǎo)體激光器,它是一種通過在普通法布里-珀羅腔激光器的光波導(dǎo)上引入周期性折射率微擾對(duì)激光器的縱向模式進(jìn)行選擇,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定單縱模工作的激光器。這種激光器可有效的解決傳統(tǒng)邊發(fā)射激光器所面臨的多縱模激光輸出等問題。另外,由于高階表面光柵的制備工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定,使其適用于與其它光電子器件進(jìn)行單片集成,這種新型激光器件具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要針對(duì)高階光柵單縱模半導(dǎo)體激光器進(jìn)行了光柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、器件制備及測(cè)試分析,具體的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)采用傳輸矩陣?yán)碚摵蜕⑸淅碚摰姆椒▽?duì)高階光柵單縱模半導(dǎo)體激光器光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性進(jìn)行了分析,獲得了高階光柵耦合光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。(2)采用非對(duì)稱大光腔波導(dǎo)激光器結(jié)構(gòu),制備的2 mm腔長(zhǎng)、100μm條寬高階光柵分布布拉格反射型(DBR)激光器單管,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)輸出功率213 m W、光譜線寬40 pm、邊模抑制比達(dá)到42 d B的單縱模激射。(3)設(shè)計(jì)并制備了一種雙波長(zhǎng)高階光柵分布布拉格反射型(DBR)激光器,其腔長(zhǎng)為2 mm、條寬為100μm,在注入電流為1.2 A條件下,實(shí)現(xiàn)了單邊連續(xù)輸出功率88 m W雙波長(zhǎng)激射,雙波長(zhǎng)的3 d B線寬都為40 pm,邊模抑制比分別為35 d B和39 d B,波長(zhǎng)間隔不小于0.58 nm。并采用拉曼光譜測(cè)試技術(shù)對(duì)高階光柵耦合半導(dǎo)體激光器的可靠性進(jìn)行了分析。(4)采用非對(duì)稱大光腔波導(dǎo)激光器結(jié)構(gòu),制備的2 mm腔長(zhǎng)、100μm條寬高階光柵分布反饋型(DFB)激光器單管,實(shí)現(xiàn)了單邊連續(xù)輸出功率144 m W、光譜線寬40 pm、邊模抑制比達(dá)到29 d B的單縱模激射。(5)根據(jù)部分相干光理論,首次提出一種測(cè)試高功率單縱模半導(dǎo)體激光器空間相干度的方法,利用該方法對(duì)高功率單縱模半導(dǎo)體激光器的空間相干度進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)該方法測(cè)試出的空間相干度比傳統(tǒng)方法誤差最高小27倍。又設(shè)計(jì)并制備一種高功率三角形VCSEL列陣,對(duì)其空間相干特性進(jìn)行了定量的研究。
【關(guān)鍵詞】：半導(dǎo)體激光器 高階光柵 單縱模激光器 空間相干性
【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】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 半導(dǎo)體激光器的研究進(jìn)展12-21
• 1.1.1 高功率半導(dǎo)體激光器12-15
• 1.1.2 高效率半導(dǎo)體激光器15
• 1.1.3 高可靠性半導(dǎo)體激光器15-16
• 1.1.4 高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光器16-18
• 1.1.5 窄線寬半導(dǎo)體激光器18-21
• 1.2 單縱模半導(dǎo)體激光器的研究進(jìn)展21-23
• 1.2.1 國(guó)外單縱模半導(dǎo)體激光器的研究進(jìn)展22-23
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)單縱模半導(dǎo)體激光器的研究進(jìn)展23
• 1.3 本文的研究目的與內(nèi)容23-26
• 第2章 高階光柵單縱模半導(dǎo)體激光器理論設(shè)計(jì)與分析26-46
• 2.1 半導(dǎo)體激光器的基本特性26-29
• 2.1.1 半導(dǎo)體的輻射躍遷26-27
• 2.1.2 半導(dǎo)體激光器的增益與閾值條件27-29
• 2.2 半導(dǎo)體激光器的輸出功率與轉(zhuǎn)換效率29-31
• 2.2.1 半導(dǎo)體激光器的輸出功率29-30
• 2.2.2 半導(dǎo)體激光器的轉(zhuǎn)化效率30-31
• 2.3 半導(dǎo)體激光器的縱模與光譜特性31-32
• 2.4 高階布拉格光柵波導(dǎo)的理論模型32-38
• 2.4.1 分布反饋(DFB)激光器和分布布拉格反射(DBR)激光器32-33
• 2.4.2 散射理論33-36
• 2.4.3 傳輸矩陣?yán)碚撃Ｐ?/span>36-38
• 2.5 高階布拉格光柵波導(dǎo)的光學(xué)特性分析38-42
• 2.5.1 傳輸矩陣分析38-40
• 2.5.2 高階布拉格光柵的損耗光譜40-42
• 2.6 單縱模激光器的空間相干性分析42-45
• 2.6.1 部分相干光定理42-43
• 2.6.2 相干度理論計(jì)算方法43-45
• 2.7 本章小結(jié)45-46
• 第3章 高階光柵單縱模半導(dǎo)體激光器制備46-68
• 3.1 外延生長(zhǎng)技術(shù)46-47
• 3.2 光刻技術(shù)47-52
• 3.3 刻蝕技術(shù)52-61
• 3.3.1 干法刻蝕52-55
• 3.3.2 SiO2和GaAs刻蝕工藝探索55-59
• 3.3.3 濕法腐蝕59-61
• 3.4 薄膜生長(zhǎng)技術(shù)61-65
• 3.4.1 電絕緣膜生長(zhǎng)技術(shù)62
• 3.4.2 金屬電極生長(zhǎng)技術(shù)62-64
• 3.4.3 光學(xué)薄膜生長(zhǎng)技術(shù)64-65
• 3.5 高階光柵半導(dǎo)體激光器的制備65-66
• 3.6 本章小結(jié)66-68
• 第4章 高階光柵分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器68-94
• 4.1 高階光柵單縱模分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器68-81
• 4.1.1 器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)68-76
• 4.1.2 器件制備76-77
• 4.1.3 器件測(cè)量結(jié)果77-81
• 4.2 雙波長(zhǎng)高階光柵分布布拉格發(fā)射激光器81-86
• 4.2.1 器件設(shè)計(jì)81-83
• 4.2.2 器件制備83-84
• 4.2.3 器件測(cè)量結(jié)果84-86
• 4.3 高階光柵耦合半導(dǎo)體激光器可靠性分析86-92
• 4.3.1 拉曼光譜分析技術(shù)原理87-88
• 4.3.2 測(cè)試結(jié)果與分析88-92
• 4.4 本章小結(jié)92-94
• 第5章 高階光柵單縱模分布反饋半導(dǎo)體激光器94-100
• 5.1 器件制備94-96
• 5.2 器件測(cè)量結(jié)果96-99
• 5.3 本章小結(jié)99-100
• 第6章 單縱模半導(dǎo)體激光器件空間相干特性的研究100-116
• 6.1 VCSEL單管器件空間相干性研究100-107
• 6.1.1 部分相干光理論101-103
• 6.1.2 測(cè)試結(jié)果103-107
• 6.2 VCSEL列陣器件的空間相干特性研究107-114
• 6.2.1 器件設(shè)計(jì)107-110
• 6.2.2 器件制備110
• 6.2.3 測(cè)試結(jié)果110-114
• 6.3 本章小結(jié)114-116
• 第7章 總結(jié)與展望116-118
• 參考文獻(xiàn)118-132
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況132-134
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介134-136
• 致謝

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