一、GSMBE生长 1 .8- 2 .0μm波段In Ga As/ In Ga As P应变量子阱激光器（论文文献综述）
赵荣进[1]（2021）在《976nm激光器结构优化与验证》文中研究表明976nm波段大功率半导体激光器提供的泵浦光能量与掺镱光纤激光器吸收峰匹配,在光纤激光器泵浦领域得到广泛应用,关于激光芯片的工程化研究成为近年激光器的研究热点之一。本文以976nm量子阱激光器为研究对象,从结构分析、仿真模拟、实验测试、等效电路建模四个方面开展研究,主要的工作内容和研究成果包括:第一,理论分析了有源区组分和厚度、波导层结构以及腔长、非注入窗口等参数对激光器特性的影响规律,为提升输出功率,引入非对称波导层结构,确定了 976nm非对称解耦限制异质结（Asymmetric Decoupled Confinement Heterostructure,ADCH）半导体激光器的材料结构。从载流子的注入对腔面有源区产生热损伤机理的角度出发,分析了电流非注入窗口对有源区腔面的温度、光场和载流子分布等因素的影响,结果表明:前腔面有源区的温度会随着电流非注入区宽度的提高而明显降低,但当增加到60μm之后,温度的变化趋于平缓。对于60μm宽的非注入窗口,前腔面处光强从1.977×108W/cm2变为1.586×108W/cm2,降低了 19.8%,载流子浓度从 8.12×1017cm-3 变为 6.89×1017cm-3,降低了12.16%。通过电流非注入窗口的引入可以有效减少腔面处的光吸收和载流子浓度,为优化非注入窗口结构提高COD阈值功率提供了设计参考。第二,针对本文所设计的976nm ADCH半导体激光器,实测了工艺流片后的器件特性,在20℃时,器件的阈值电流为0.967A,输出功率为20.93W,斜率效率为1.22W/A,激光器的峰值波长为977.48nm;在7℃时,器件的阈值电流增加到1.32A,斜率效率下降到0.853W/A,输出功率降低到13.04W。计算得出,20～70℃时器件的特征温度为160K,光谱红移为0.4nm/℃。并测试了不同腔长的光电特性,计算得出内量子效率为96.15%,内损耗为0.129cm-1。最后,根据所设计的器件结构和特性测试结果,提取相应参数,以速率方程为基础,建立976nm大功率量子阱激光器的等效电路模型,并进行直流特性仿真。所建立的电路模型能较好吻合实际器件的LIV特性和温度特性,可为大功率半导体激光驱动电源设计提供实用的激光电路模型。
刘夏[2]（2021）在《基于表面隔离沟槽结构的近红外可调谐分布反馈半导体激光器》文中研究表明可调谐分布反馈半导体激光器具有体积小、质量轻、便于携带、易集成、波长可调谐等优点,在量子通信,大数据网络,生物医疗,生物探测,激光国防等领域都作为核心光源使用。在传统的法布里-珀罗腔的半导体激光器结构基础上,引入光栅结构来形成周期性的微扰,导致对半导体激光器内部进行折射率或者增益的调制,实现输出光的模式调制。折射率和增益调制对应了折射率耦合型以及增益耦合型分布反馈（DFB）半导体激光器。折射率耦合型分布反馈半导体激光器经常需要引入相移光栅结构,并且其制备过程需要引入二次外延技术,制备器件的成本较高,且由于其结构属性,很难在激光器单管实现较宽的调谐范围。传统增益耦合型分布反馈半导体激光器通过引入周期性吸收,实现单纵模激射,但是依然依赖微纳光栅制备技术和二次外延技术,同时由于周期性吸收材料的引入,降低了器件功率和电光转换效率等重要性能参数,因而没有商用价值。本文采用I-line光刻技术,首次成功制备了激射波长在780纳米（nm）波段和905 nm波段的基于表面沟槽结构的可调谐DFB半导体激光器,实现了超宽调谐范围和单模激射,并且制作工艺相对简单,无需引入二次外延技术,能够实现大批量生产,具有极强的市场应用潜力。具体的研究内容和成果如下:（1）对半导体激光器的理论进行了阐述,用传输矩阵理论对表面隔离沟槽来实现单纵模分布反馈半导体激光器的光波导机构进行建立模型和分析,并且得出的结论对本文分布反馈半导体激光器的耦合光波导的设计进行理论支撑。（2）创新性设计并制备了激射腔长为1毫米（mm）、峰值波长在780 nm左右的基于表面隔离沟槽结构的可调谐DFB半导体激光器,器件的两侧解理面分别蒸镀了透射率为95%和5%的高透膜和高反膜,该结构的可调谐DFB半导体激光器能够实现稳定的单模激射现象和宽带可调谐现象,在室温工作状态下,当注入电流450毫安（mA）的时候,激光器的输出功率达148.2毫瓦（mW）,斜率效率0.28 mA/mW,边模抑制比最高可达36.25分贝（d B）,注入电流在90 mA至400 mA之间、工作温度在10℃至45℃的区间,调谐范围从775 nm到792.5nm,可达17.5 nm。（3）创新性设计并制备了腔长为1 mm、激射波长在905 nm附近的基于表面沟槽结构的可调谐分布反馈半导体激光器,激射阈值在100 mA附近,在室温工作状态下,未镀膜的DFB半导体激光器的单边输出功率可达145.3 mW,斜率效率0.28 mA/mW转化效率可达27%以上,未镀膜的分布反馈半导体激光器边模抑制比最高可达37 d B,激光器的3 d B线宽在23 pm左右。随着温度和电流的增大,激射波长漂移现象均匀,在15℃到25℃的温度区间内,调谐范围从从899.9nm到907.6 nm。（4）设计并制备了激射波长在905 nm附近、基于表面沟槽结构的可调谐DFB半导体激光列阵。单片集成了4个信道的表面沟槽结构的可调谐DFB半导体激光器,且腔长均为1 mm,各信道表面隔离沟槽结构不同,激射波长不同,未镀膜单信道DFB半导体激光器功率均在100 mW左右,且峰值波长红移现象稳定。边模抑制比最高可达44.25 d B。在10℃至45℃的温度区间内,阵列整体在注入电流在130 mA至400 mA之间的工作情况下,波长调谐范围可达48 nm。本文提及的可调谐DFB半导体激光器的光刻工艺均是采用I-line光刻技术和相关制备,制备工艺相对简单,制备时的工艺容差空间大,实验结果能够进行重现,工艺可控制性强,能够实现批量生产。本文设计和制备的可调谐DFB半导体激光器的性能参数指标能够满足工业应用需求,成本较为低廉、生产周期较短,在原子钟、激光雷达、光集成、空间光通信、光谱检测等领域具有了巨大的商业价值和应用前景。
马德正[3]（2021）在《表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究》文中提出二十一世纪是信息时代,信息学科和信息产业的迅猛发展离不开微电子技术、光电子技术、通信技术、计算机科学与技术以及自动化、精密机械等科学技术综合发展。分布反馈（DFB）半导体激光器作为微电子器件的重要元件,以其单模成品率高、光电转化效率高、窄线宽、易于单片集成、可直接调谐的特性逐步成为光纤通信、医疗、材料加工等日常生活领域不可或缺的重要光源。传统的折射率耦合（Index-Coupled）DFB半导体激光器存在模式简并的问题,尽管引入λ/4相移光栅可以实现单模、窄线宽的激光输出,但在激光器内部不均匀的光子分布会导致空间烧孔效应,大大影响激光器的输出特性。另一种方案为增益耦合（GC,Gain-Coupled）DFB半导体激光器,其主要优势在于高的增益对比、单模成品率高以及由于驻波效应带来的高稳定性,但是传统的增益耦合DFB半导体激光器需要高精度的光栅刻蚀技术以及二次生长外延技术,这使得激光器的制作成本与工艺难度大幅增加,不利于其大批量生产和广泛应用。因此,本论文创新性的提出采用普通i-line光刻技术和等离子刻蚀技术,利用较为简单的芯片制造工艺,设计并制备1045 nm纯增益耦合DFB半导体激光器,实现了低阈值、高效率、高稳定性的单模激光输出。由于纯增益耦合激光器的内部增益耦合效应系数较小,激光器内部F-P效应显着,容易加剧激光器内部的模式竞争,导致激光器的输出模式不稳定,出现多模输出的现象。为了实现波长的精准锁定,创新性的提出了基于不同倾斜角度的795 nm纯增益耦合半导体激光器倾斜波导阵列。通过物理模型的建立、模拟仿真以及器件制备,从实验和理论上分析并验证了倾斜波导增益耦合半导体激光器的输出特性与对应的倾斜角度之间的关系,并且通过改变倾斜角度实现了一定的可调谐性能,对未来倾斜波导的结构设计有着重要意义。具体的研究内容及研究成果如下:（1）建立具有增益耦合机制的半导体激光器物理模型,根据耦合模理论与传输矩阵的方法对激光器内部原理进行分析,通过COMSOL Multiphysics、Rsoft、Matlab等商业软件进行模拟仿真,计算激光器内部的载流子分布、增益曲线、耦合系数以及光场分布,并根据仿真的结果对激光器的相关参数进行优化,获得了器件结构的优化方案。（2）设计并制备了表面周期性电注入实现激射波长在1045 nm的纯增益耦合分布反馈半导体激光器。利用周期性电极实现了有源区内部载流子的周期性分布,进而实现了较大的增益对比,对折射率的虚部进行了调制,最终实现了纯增益耦合机制。器件的阈值电流为40 m A,在240 m A的电流下的输出功率达51.9m W（HR和AR镀膜）,远超过文献中报道的单模增益耦合DFB半导体激光器（单腔面输出功率15.42 m W）。斜率效率达0.24 W/A,超过钛金属表面光栅增益耦合分布反馈半导体激光器（约0.11 W/A）的2倍。单模区间的范围内,最大边模抑制比超过35 d B,最窄线宽为1.12 pm,远低于文献报道的侧向耦合光栅的结构（约160 pm）以及高阶表面光栅型（线宽小于40 pm）增益耦合分布反馈半导体激光器。器件采用了和法布里-珀罗激光器几乎同样的工艺流程,大幅简化了增益耦合DFB半导体激光器的制作方法,对其大规模制造加工和广泛应用有着重要的推动作用。（3）设计并建立了倾斜脊形波导的物理模型,通过改变脊形波导的倾斜角度来改变有效光栅周期。通过COMSOL Multiphysics软件进行模拟仿真,得到了倾斜角度与激光器腔面反射率的关系,计算了倾斜波导所带来的激光器腔面损耗,进一步分析由于倾斜波导所引起的对激光器性能的影响。与传统的分布反馈激光器不同,倾斜波导纯增益耦合半导体激光器的输出特性与腔面反射率相关,倾斜角度越大,腔面反射率越小,也就意味着激光器的输出峰值功率随着倾斜角度的增加而减小,阈值电流随倾斜角度的增加而增大。（4）制备倾斜脊形纯增益DFB半导体激光器,来验证倾斜波导所带来的对激光器输出性能的影响。通过设计不同的倾斜角度来实现不同光栅周期,不同角度的光栅周期对应于激光器不同的激射波长,从而实现了激光器的可调谐特性。器件被解理成2 mm腔长,包含设计的5种倾斜角度,分别为0°、0.39°、1.86°、2.60、3.65°。在20℃的测试结果表明,5种倾斜角度的波导所制成的激光器的输出功率均超过了30 m W,输出光谱的边模抑制比均超过30 d B,波长的覆盖范围从789.392 nm到798.048 nm,共8.656 nm,覆盖了铷原子泵浦的吸收峰。验证了倾斜波导纯增益耦合半导体激光器输出峰值功率随着倾斜角度的增加而减小,阈值电流随倾斜角度的增加而增大的分析结果。另外测试的结果还表明倾斜波导的应用会降低激光器的波长随电流的漂移系数,提高激光器稳定性。本文提及的表面周期性电注入实现的增益耦合半导体激光器均是采用与FP激光器相似、较为简单的工艺制备技术。与目前采用精密光刻技术或二次外延制备方式相比,其优点在于制备工艺简单、容差大、可重复性高,能够满足工业化批量生产的需求。本文提及的表面周期性电注入增益耦合分布反馈半导体激光器的性能参数指标满足应用需求,但是其成本低和生产周期较短,在军事国防、工业生产加工、光通信、医疗美容等领域具有巨大的商业价值和应用前景。
张继业[4]（2021）在《近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究》文中研究表明外部光学结构可以作为垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL）的外腔,使VCSEL的输出功率、光束质量得到提高。外部光学结构可以通过外腔镜、光栅、倍频晶体等等实现相应的功能。外腔镜和垂直腔面发射增益芯片构成光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器（Optically-pumped vertical-external-cavity surface-emitting laser,VECSEL）,采用外部光注入的方式使VECSEL产生激光激射。VECSEL综合了面发射半导体激光器和光泵浦固体激光器的优点,在实现高功率输出的同时,还能保证激光具有高的光束质量与良好的光斑形貌。同时,由于这种结构拥有一个灵活的外腔,可以在腔内放置频率转换、波长调谐或锁模功能的各种光学元件,结合半导体材料宽的激光光谱范围,这种外腔式的面发射激光器结构具有极宽的光谱覆盖范围。因此,VECSEL技术一经出现,即获得了人们的广泛关注。VECSEL用的增益芯片内部各外延层无需掺杂,避免了半导体材料掺杂带来的光吸收等问题,但是VECSEL实现高功率输出的关键在于要有高增益的内部发光区结构。本文采用PISC3D商用软件开展了980 nm波段的VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度和温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,采用双侧Ga As P应变补偿的发光区具有更理想的增益特性。通过Sellmeier公式,探讨了作为DBR反射镜的AlxGa1-xAs材料体系,利用传输矩阵分析了VECSEL中的DBR反射镜的反射谱以及微腔中光场强度的分布特性。经过对VECSEL器件的设计和理论仿真,VECSEL器件实现输出功率达到9.82 W,并且没有饱和;通过改变外腔镜的反射率,VECSEL的激射波长随泵浦功率漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,说明了外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,进而影响VECSEL的输出功率。所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激射光斑呈现为良好的圆形。通过对比非线性晶体特性,确定采用LBO做倍频晶体,完成了腔内倍频实验,实现了光束质量M2小于2的488 nm蓝光超过3W的激光功率输出。在980nm波段的VECSEL的基础上,开展了1160nm波段的VECSEL器件结构的设计。由于需要采用高In组分的In Ga As材料作为量子阱,导致高应变的产生,容易产生应变积累效应。为解决应变积累效应,提出了二次应变补偿的设计结构,即先用低P组分的Ga As P作为势垒,再采用高P组分的Ga As P作为应变补偿层。在器件完成制备后,在增益芯片控温-20℃时,实现了最大激光功率1.02W的1164nm波长的激射,其在正交方向上的发散角分别为10.5°和11.9°,光斑形貌为圆形对称结构,均匀性较好。在VECSEL谐振微腔中,根据增益谱随泵浦功率的变化特性,通过增益失谐的设计,提出了一种950 nm和1000 nm波长可转换的VECSEL,实现了超过2 W的最大输出功率。随着泵浦功率的增加,光束质量M2的变化趋势在整体上是下降的。这种可切换的波长操作为仅使用线性腔实现高功率双波长发射提供了一种新的可能性。另外,针对传统的VCSEL缺少对偏振特性的控制能力,研究人员采用多种方法来稳定VCSEL的偏振状态,例如使用精细的金属交错光栅、外部光反馈、电光双折射、光子晶体和高对比度光栅等结构。然而,利用这些复杂的工艺实现VCSEL的大规模制造是非常困难的。因此,在本文中,我们通过增强氧化层的各向异性氧化,提出一种带有梭形氧化孔径的VCSEL,能够实现模式和偏振的控制。对于尺寸为2×4.6μm2和3×6μm2的氧化孔径,VCSEL的正交偏振抑制比分别为22 dB和19 dB。对于孔径为2×4.6μm2的VCSEL,在0.5 m W的输出功率下,边模抑制比超过25dB。最后,实现了单横模单偏振的VCSEL的设计和制造。
李金友[5]（2020）在《InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的电学特性研究》文中研究指明量子计算机能够快速地实现并行运算,其数据处理速度远超电子计算机。然而目前量子计算机只能在低温环境下运行,因此低温与室温间的数据传输成为量子计算机研究需要解决的一个重要问题。由于半导体激光器在工作稳定性、能耗以及工作温度范围方面有着突出的优势,有望成为解决上述问题的一个突破点。本论文研究了In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器和Ga Sb基量子阱激光器的电学特性以及In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器的调制特性。主要内容如下:1.论文对半导体激光器的发展现状（着重介绍了In Ga As/Ga As/In Ga P 980nm激光器的发展现状）和工作原理进行了介绍,同时也介绍了半导体材料的制备方法和实验中用到的仪器以及测试流程。2.研究了In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器在不同温度下的电压特性,并建立了一个理论模型进行描述。通过对所研制激光器的实验测试数值和理论仿真数值进行比较,发现它们在不同温度下I-V曲线的变化趋势相同,且电压温度系数（d V/d T）都近似为线性关系,说明建立的理论模型对该激光器的适应度较高。实验测试和理论计算得到该激光器在100-300K内的电压温度系数分别为2.93-3.17m V/K和3.91-4.15m V/K,在100-300K内两者得到的电压温度系数接近,表明建立的理论模型在该温度范围内能较好地模拟激光器的温度电压特性。3.研究了In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器和Ga Sb基量子阱激光器的电学特性。通过对两种激光器I-V曲线的分析,得出影响激光器微分电阻值的几个因素:脊条宽度的增加,使激光器的微分电阻减小;腔长的增加,使激光器的微分电阻减小。研制的Ga Sb基量子阱激光器中,器件的最低功耗为15.60m W;In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器中,器件的最低功耗为6.57m W。因为激光器的功耗越低,其热效应越小,对低温环境的影响越低。所以选择功耗最低的In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器进行下一步调制特性的研究。4.研究了腔长为0.5mm,脊条宽度为3μm的In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器光纤耦合封装后的I-V特性、I-P特性、功耗特性以及高频调制特性。利用由电流源、网络分析仪、Bias-T偏置器件以及探测器所组成的传输网络,对激光器的高频调制特性进行测试。通过对室温和低温测试数据的分析,分别得出传输网络在两种条件下的正向传输系数S21图,从而得出激光器在低温下的调制速率相较于室温确实有所提高,并初步判断激光器在低温下的高频调制带宽接近6.5GHz。研究结果表明研制的In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器,在实现低温与室温之间数据通信的应用上具有一定的潜力。
杨贺鸣[6]（2020）在《长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究》文中认为红外探测器是红外探测成像系统中最重要的核心部件之一。从二战期间第一个PbS可实用红外探测器的出现到如今正蓬勃发展的第三代大面阵、小像元、低成本、双色与多色红外光电探测器,已走过近80年的历史。量子阱红外探测器（QWIP）是第三代红外探测器,它的工作原理是基于导带中的子带间跃迁,子带间跃迁的能量刚好位于红外波段,因此在红外探测领域表现出巨大的前景。Ⅲ-Ⅴ族化合物的吸收峰在中远红外波段可调,可用于焦平面,双色和多色探测。相比于HgCdTe探测器,以GaAs/AlGaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ族量子阱探测器拥有大面积材料均匀性好、成品率高、重复性好、材料生长和器件制备工艺成熟以及探测器响应时间短的优点,而成为近30年红外检测领域的研究热点,在军事国防和天际探测领域得到广泛应用。但量子阱探测器存在着无法直接吸收正向入射光以及探测器件量子效率低的问题。作为第三代红外探测器的重要材料体系,如何提高其性能是量子阱红外探测领域最重要的研究方向。本论文的工作围绕QWIP的性能优化进行展开。作为光电探测器的其中一种,其性能的优化可以从电子态和光子态两个方面来进行。电子态调控是对器件的工作模式优化,基于此,我们优化了InGaAs/GaAs量子阱材料的生长模式,对材料的电子输运特性和量子阱探测器的性能进行了大幅度的提高。光子态调控主要是通过集成各式各样的光耦合结构,对器件进行光场调控来提高光耦合效率。基于光子态调控,我们优化了当前广泛应用于焦平面成像的金属-介质-金属（MIM）的微腔结构,设计并成功生长和制备得到一种新型的三维自卷曲光耦合结构,从光吸收方面对探测器性能进行了优化。主要工作有:1对InGaAs/GaAs量子阱材料的生长模式进行了优化,得到了一种高增益的甚长波红外探测器。分别采用连续低温和变温模式生长得到响应波长为15μm的InGaAs/GaAs甚长波QWIP材料。研究了不同MBE生长条件对QWIP材料和器件性能的影响。研究发现采用连续低温生长方法得到的InGaAs/GaAsQWIP具有更好的材料性能,表现为更高的晶体质量以及更高的荧光强度。器件的光电性能测量显示连续低温生长法获得的器件表现出更好的探测性能,具有更低的暗电流、更高的背景极限温度、更大的光响应率以及更高的量子效率。在20K温度下,峰值响应率提高38倍,达到5.67A/W,外量子效率高达47%。分析了器件的高响应率得益于器件的B-B跃迁模式带来的高光电导增益。此外,对于工作在B-B跃迁模式下的InGaAs/GaAsQWIP,其光电导增益的值还可以通过改变器件的偏置电压来进行灵活的调控。2从提高光耦合的角度优化了器件性能,设计了一种新型长波卷曲量子阱红外探测器结构,利用分子束外延技术成功生长包含InAlGaAs（InGaAs）应变层的GaAs/AlGaAs量子阱红外探测材料。发现卷曲后的量子阱的荧光峰强度增强了4倍。悬空的中空微管可以形成Fabry-Perot腔,使～820nm的量子阱发光峰在腔内产生Fabry-Perot共振模式。测试了器件的黑体响应和光电流响应谱,这种自卷曲的三维管状QWIP的探测峰位在8.6μm,它实现了对垂直入射的红外光的直接吸收。入射光照射到微管表面后透射进入中空区,在内壁表面发生3次反射使器件对红外光进行了3次吸收,实现了光响应和荧光强度的增强。在30K温度下,其峰值响应率和量子效率比标准器件都增强了2.7倍,分别达到48.2mA/W和1.9%。3对MIM结构中因金属的存在而带来的不可避免的光耗散以及集成器件中的散热问题和器件制备工艺的复杂性进行了优化。设计了一种新型介质微腔耦合的THz-QWIP,用重掺杂半导体介质层取代MIM结构中的金属,将量子阱吸收层夹在周期性重掺杂的顶部GaAs介质光栅和重掺杂GaAs电极层之间。通过时域有限差分法理论上计算了DMC-THzQWIP的子带吸收谱和电场分布,优化了介质光栅的参数,使表面等离激元的频率被调谐到与量子阱发生共振。研究结果表明DMC-THzQWIP微腔结构可以有效地增强子带间吸收,其增强原理与MIM微腔类似。当GaAs电极层的掺杂浓度超过1019cm-3时,DMC-THzQWIP在响应波长下的子带间吸收率比标准45°器件高1个数量级,继续增大掺杂浓度到3.2×1019cm-3,可使吸收率增强20倍。
王延靖[7]（2020）在《基于MOPA结构的高功率半导体脉冲激光器的研究》文中研究说明超短脉冲激光器具有短的脉冲持续时间、高重复频率、高峰值功率等特点,在科研、工业、通讯、医学等领域有着重要的应用,对人类社会的进步有着巨大的贡献。其相关研究一直备受关注,半导体脉冲激光器因为其具有体积小、寿命长、重量轻、转换效率高、波长丰富、价格便宜等一系列优点而成为超短脉冲源的研究热点。本论文主要围绕基于主振荡器-功率放大器（MOPA）结构的半导体脉冲激光系统的高功率和超短脉冲持续时间输出这一关键科学问题,开展了外腔锥形锁模半导体激光器的谐波锁模操作、半导体光放大器中放大的自发辐射的抑制和利用双通光栅压缩器实现飞秒光脉冲输出的研究,研究内容和取得的创新性成果如下:（1）设计并制备了一种波导侧壁具有锯齿结构的外腔锥形锁模激光器。该激光器可以实现谐波锁模操作。利用软件对不同的锯齿结构的反射率进行了模拟计算,并确定了最优的锯齿结构。实验上观察到稳定的三阶谐波锁模的皮秒脉冲序列。分析了系统的工作原理,在重复频率412 MHz时,脉冲宽度3.9 ps,单脉冲能量59 pJ。（2）针对放大器中放大的自发辐射问题,提出了在波导侧壁制备锯齿结构的方法来抑制放大的自发辐射。研究了锥形半导体光放大器中不同锯齿状微结构对放大的自发辐射压缩的影响。比较了它们的发射光谱,发现直角三角形（器件A）的锯齿状微结构表现出最好的压缩效果。该结构与传统的放大器相比,最大强度与背景辐射之比较传统光放大器提高了21.9%,同时功率提高了30.5%。器件A的平均功率达799 mW,脉冲宽度6.7 ps,对应峰值功率206 W。（3）基于脉冲压缩可实现飞秒脉冲持续时间的理论,使用双通透射式光栅压缩器对MOPA系统输出的皮秒光脉冲进行压缩,获得了495 fs的光脉冲输出,其峰值功率达1.5 kW。
谷雷[8]（2020）在《高应变InGaAs量子阱激光器结构设计与研制》文中研究指明量子阱半导体激光器是一种极有发展前途的激光器,具有量子效应高、温度特性好、阈值电流密度低、输出功率大、寿命长等优点,广泛应用于工业、通信、国防军事、医疗保健等领域,成为光电子材料与器件领域国内外研究的重点。要获得长波长半导体激光器外延材料,则需要获得高质量的大应变InGaAs/GaAs量子阱材料。但是,高应变量子阱激光器要求有源区InGaAs含有较高的In组分,与衬底GaAs的失配较大,同时由于材料应变的累积,获得高质量的外延材料十分困难。本文在对半导体激光器波导结构理论分析的基础上,进一步探讨了高功率半导体激光器的结构参数和输出性能的关系,从半导体激光器结构设计、外延生长以及器件特性等方面,讨论了提高高应变半导体激光器输出特性的途径。主要的研究内容和成果如下:（1）采用数值仿真技术研究了高应变InGaAs量子阱结构对器件性能的影响,详细分析了带有模式扩展层量子阱激光器的中心波导层、扩展波导层和内限制层对激光器性能的影响。从理论上分析了模式扩展层对激光器阈值电流密度、限制因子、垂直发散角的影响。提出了采用宽波导、非对称波导结构降低激光器波导光损耗的方法,以及应用渐变异质结界面改善异质结势垒电压降的途径。通过势垒结构的设计与载流子限制特性表征方法,优化了器件量子阱势垒结构、腔长和台面宽度。研究表明,带有模式扩展层的半导体激光器外延结构,使近场光场得到展宽,减小了光学限制因子,使半导体激光器的COD阈值得到提高。设计了高1.5μm、宽50μm的非对称、宽波导的结构的应变量子阱激光器,仿真表明,激光器阈值电流为118.94 mA时,远场垂直发散角为22o;阈值电流为204.9 mA时,远场垂直发散为17o。根据模拟仿真的结果以及理论计算,确定了量子阱激光器的整体外延结构。（2）通过实验方法研究了影响量子阱发光特性的关键因素,包括衬底偏向角、生长温度、生长速率以及V/III比等,以及他们的作用机理。通过改变量子阱的制备条件和参数,制备了多种量子阱激光器。通过原子力显微镜（Atomic Force Microscope,简称AFM）表面形貌检测、X射线衍射检测和光致发光（Photoluminescence Spectroscopy,简称PL谱）光谱检测等多种手段,比较不同因素对其光学性能的影响。结果显示,衬底偏向角是影响量子阱的关键因素,衬底偏向角较小会导致光致发光强度显着增加,半峰宽明显降低,从而提高材料的光学性能。另一方面,通过降低生长温度抑制In,光致发光强度显着增加,半峰宽减小,进而改变In的组成和阱层的厚度,导致波长红移,提高量子阱的光学性能。除此以外,生长速率和V/III比也是影响发光特性的重要因素,通过提高生长速率可以有效提高量子阱的质量,提高V/III比可以改善InGaAs/GaAs量子阱的发光特性。最终,获得了波长为1290 nm的InGaAs量子阱激光器结构。（3）详细研究和分析了量子阱激光器的钝化与解理技术,应用X射线光电子能谱分析（X-ray Photoelectron Spectroscopy,简称XPS）技术分析半导体激光器真空解理与钝化技术的关键影响因素,并采用半导体激光器腔面膜技术,解决半导体激光器的端面损伤退化的问题,实现半导体激光器更长的寿命以及更高的功率。对本文所设计的InGaAs量子阱激光器的进行了制备,得到了阈值电流约为482 mA,斜率效率为0.45 W/A,在连续电流为1.5 A时,激光器的峰值波长为1295 nm的量子阱激光器,与所设计的量子阱激光器相符合,达到了预期的效果。
邱小浪[9]（2020）在《被动调Q及锁模半导体外腔面发射激光器的研究》文中进行了进一步梳理千兆赫兹（GHz）超短脉冲的脉冲宽度在皮秒（ps）至飞秒（fs）之间的量级,具有较高的脉冲重复频率,宽的频谱和较高的峰值功率。它们用于激光光谱,生物医学应用,光通信和大容量通信系统,在其他许多领域也有广泛的用途。自半导体可饱和吸收体发明以来,其所具有的紧凑性,廉价等优点,使得利用它实现的飞秒和皮秒锁模激光器,在不同的领域得到了飞速的发展和广泛的应用。垂直外腔面发射激光器结合了半导体激光器和固体激光器两者优点的新型激光器,抽运吸收效率高、输出功率大和光束质量好,能取得高质量的近衍射极限基横模,以及其半导体增益介质许可采用能带工程灵活设计从可见光到近红外较宽波段的发射波长。灵活的外腔结构允许在腔内插入其它光学元件进行非线性频率转换,在谐振腔内放置可饱和吸收体能够进行被动锁模,实现超短脉冲激光的输出。论文首先对半导体激光器以及垂直外腔面发射激光器的发展及研究意义进行简要描述,概括了垂直外腔面发射激光器相比于半导体激光器和固体激光器的优点,以及采用可饱和吸收体实现被动锁模外腔面发射激光器的研究现状及应用。论文首先从半导体材料的能带结构出发,介绍了半导体激光器的发光原理以及垂直外腔面发射激光器的基本结构,详细分析了VECSEL增益芯片的布拉格反射镜的结构和反射率,以及量子阱的面发射特性。对被动锁模垂直外腔面发射激光器的增益芯片的外延生长、设计结构以及其散热热沉键合方式进行了详细的探究,对比了利用透明Si C热沉液体毛细键合和金属化的金刚石焊接键合的两种键合方式,最终选择金属化的金刚石焊接键合的方式,获得较高的输出功率。增益芯片的后期处理腐蚀过程中,采用碱性腐蚀方法和酸刻的步骤结合成功去除Ga As基质,减小了增益芯片工作时的热阻。搭建被动调Q垂直外腔面发射激光器的直线腔型结构,对采用Cr:YAG晶体被动调Q外腔面发射激光器展开了实验研究,获得了激光器的部分输出特性。实验首先获得了未使用Cr:YAG的直线腔型结构,在室温为25℃,热沉温度为17℃时,泵浦功率为12W,激光器的最大平均输出功率为10.4m W。当泵浦大于12W时,出现调Q现象,获得了脉冲宽度为1ms,重复频率约为263Hz的调Q脉冲现象。搭建被动锁模垂直外腔面发射激光器的V腔结构,对被动锁模外腔面发射激光器展开了实验研究,获得了部分增益芯片特性。实验首先获得了未使用SESAM的V腔结构,热沉温度为17℃,泵浦吸收功率约为10W时,谐振腔约为等臂长时得到连续光的最高输出功率,功率高达0.7W,激光波长为983nm。在采用SESAM锁模,热沉温度为17℃,泵浦吸收功率为12W,直腔腔长为175mm,折叠腔腔长为29mm,获得波长平均功率为20m W的调Q激光输出。论文对VECSEL的功能进行了拓展,实现了双波长VECSEL以及小型化可调谐VECSEL绿光激光器,获得了波长间隔为147nm的双波长输出,调谐范围为4nm的绿光输出。
王凤玲[10]（2020）在《VCSEL亚波长光栅P面反射镜的优化设计》文中研究指明VCSEL的谐振腔很短,这使作为腔镜的分布布拉格反射镜（DBR）的对数通常要达到20-40对才能满足器件激射的需求。但生长DBR对数较多时,既增大了串联电阻和工艺难度,也不利于器件的小型化,尤其是P型DBR的高电阻特性和光吸收,严重影响器件性能。故对P面反射镜进行优化,是提高垂直腔面发射激光器性能的重要途径。近年来,随着微加工技术和理论研究的发展,亚波长光栅越来越受到人们的关注。使用亚波长光栅代替VCSEL的P面反射镜,达到减小由多层DBR引起的串联电阻高和吸收损耗大的目的,同时能够提高激光的输出质量,改善VCSEL的偏振特性,满足器件小型化的发展趋势。本论文主要是围绕VCSEL中高对比度亚波长光栅（HCG）反射镜的仿真模拟和制备开展研究。首先利用严格耦合波理论（RCWA）和等效介质理论（EMT）对亚波长光栅反射镜的衍射特性进行了理论分析,并利用基于严格耦合波理论的仿真模拟软件设计了一种用于850nm波段与GaAs基VCSEL同材料体系的TM偏振高对比度亚波长光栅反射镜。通过理论仿真,分析了光垂直于基底入射时不同光栅参数对反射率的影响,并给出了最优值以及误差范围,同时也探究了光垂直于表面入射时TM偏振下的反射率,此外,考虑实际制备方面的限制因素,研究了光栅形状对反射率的影响。在HCG的制备方面,通过合理设计实验,对光栅反射镜的工艺流程以及工艺条件进行优化,重点研究了电子束曝光、ICP刻蚀等关键技术。研究发现曝光剂量对HCG占空比以及形貌的影响很大,选择合适的曝光剂量才能得到精度高、形貌好的图形,同时深入研究了实验中设定的凹槽宽度对占空比的影响。深入研究了ICP刻蚀过程中HCG占空比等因素对光栅刻蚀速率及形貌影响。在上述研究的基础上,结合外延生长、紫外光刻、湿法刻蚀及氧化等工艺技术,制备出结构参数满足设计要求的HCG反射镜。对亚波长光栅反射镜进行测试,结果表明其在850nm波段可以实现宽带高反射,研究结果为其在GaAs基VCSEL中的应用提供了理论及技术支撑。
二、GSMBE生长 1 .8- 2 .0μm波段In Ga As/ In Ga As P应变量子阱激光器（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、GSMBE生长 1 .8- 2 .0μm波段In Ga As/ In Ga As P应变量子阱激光器（论文提纲范文）
（1）976nm激光器结构优化与验证（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 大功率半导体激光器的概述 |
| 1.2 大功率半导体激光器研究进展 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 大功率半导体激光器的应用 |
| 1.4 制约大功率半导体激光器发展的因素 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 976nm半导体激光器的基本理论 |
| 2.1 激光器的理论基础 |
| 2.2 激光器的基本特性 |
| 2.2.1 电光转换效率 |
| 2.2.2 内量子效率 |
| 2.2.3 增益特性 |
| 2.2.4 光限制因子 |
| 2.3 半导体激光器的温度特性 |
| 2.3.1 特征温度 |
| 2.3.2 温度对阈值电流的影响 |
| 2.3.3 温度对输出功率的影响 |
| 2.3.4 温度对工作电压的影响 |
| 2.3.5 温度对波长的影响规律 |
| 2.4 COD原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 976nm半导体激光器结构设计与验证 |
| 3.1 有源区结构设计 |
| 3.1.1 量子阱材料 |
| 3.1.2 InGaAs量子阱中In组分对激光器特性的影响 |
| 3.1.3 量子阱厚度对激光器特性的影响 |
| 3.1.4 量子阱区的优化 |
| 3.2 ADCH结构设计 |
| 3.2.1 波导层Al组分的影响 |
| 3.2.2 ADCH结构激光器中波导层的设计 |
| 3.3 腔长设计 |
| 3.3.1 不同腔长对激光器特性的影响 |
| 3.4 非注入窗口结构设计 |
| 3.4.1 腔面非注入窗口工作原理 |
| 3.4.2 激光器结构与模型 |
| 3.4.3 腔面热功率对前腔面温度的影响 |
| 3.4.4 非注入窗口对腔面温度的影响 |
| 3.4.5 非注入窗口的选择 |
| 3.5 整体外延结构设计与器件特性仿真 |
| 3.6 器件特性测试结果分析 |
| 3.6.1 不同腔长的测试结果 |
| 3.6.2 不同温度下的P-I测试结果 |
| 3.6.3 不同温度下的V-I测试结果 |
| 3.6.4 不同温度下的光谱测试结果 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 量子阱激光器等效电路模型 |
| 4.1 量子阱激光器等效电路模型建立 |
| 4.1.1 基于速率方程的等效电路模型 |
| 4.2 单管等效电路的特性仿真 |
| 4.2.1 QW-LD的直流特性 |
| 4.2.2 温度模型修正 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）基于表面隔离沟槽结构的近红外可调谐分布反馈半导体激光器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 半导体激光器研究进展 |
| 1.1.1 高功率半导体激光器 |
| 1.1.2 高效率半导体激光器 |
| 1.1.3 窄线宽半导体激光器 |
| 1.2 可调谐半导体激光器的几种解决方案 |
| 1.2.1 可调谐分布反馈半导体激光器 |
| 1.2.2 可调谐分布布拉格反射镜半导体激光器 |
| 1.2.3 可调谐V型腔半导体激光器 |
| 1.2.4 可调谐面发射垂直腔半导体激光器 |
| 1.2.5 可调谐外腔半导体激光器 |
| 1.2.6 可调谐半导体激光器各方案的讨论 |
| 1.3 近红外可调谐分布反馈半导体激光器的研究进展 |
| 1.3.1 国外研究进展 |
| 1.3.2 国内研究进展 |
| 1.3.3 现有的可调谐分布反馈半导体激光器的挑战 |
| 1.4 本文的研究目的与内容 |
| 第2章 基于表面隔离沟槽结构的分布反馈半导体激光器理论分析 |
| 2.1 半导体激光器基本原理 |
| 2.1.1 能带理论与跃迁辐射 |
| 2.1.2 半导体激光器速率方程 |
| 2.1.3 半导体激光器激射条件 |
| 2.2 半导体激光器特性 |
| 2.2.1 半导体激光器的功率特性 |
| 2.2.2 半导体激光器转化效率 |
| 2.2.3 半导体激光器的波动方程及模式特征 |
| 2.2.4 半导体激光器的线宽特征 |
| 2.3 分布反馈半导体激光器理论模型 |
| 2.3.1 耦合波理论 |
| 2.3.2 散射矩阵与传输矩阵理论 |
| 2.3.3 基于表面隔离沟槽结构的分布反馈半导体激光器理论模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于表面隔离沟槽结构的分布反馈半导体激光器的制备 |
| 3.1 金属有机化学气相沉积外延生长技术 |
| 3.2 介质薄膜生长 |
| 3.3 光刻 |
| 3.4 干法刻蚀 |
| 3.5 磁控溅射制备电极 |
| 3.6 腔面薄膜生长技术 |
| 3.7 基于表面隔离沟槽结构的分布反馈半导体激光器的制备 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 780nm基于表面隔离沟槽结构可调谐分布反馈半导体激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 器件的设计与制备 |
| 4.2.1 器件设计 |
| 4.2.2 器件制备 |
| 4.3 测试结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 905nm基于表面隔离沟槽结构可调谐分布反馈半导体激光器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 905nm可调谐分布反馈半导体激光器单管 |
| 5.2.1 器件结构与设计 |
| 5.2.2 制备流程 |
| 5.2.3 测试结果与分析 |
| 5.3 905nm基于表面隔离沟槽结构的可调谐分布反馈激光列阵 |
| 5.3.1 引言 |
| 5.3.2 器件结构与制备过程 |
| 5.3.3 测试结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 选题意义 |
| 6.2 结论 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 半导体激光器的应用与发展历程 |
| 1.1.1 半导体激光器的应用 |
| 1.1.2 半导体激光器的发展历程 |
| 1.2 增益耦合分布反馈半导体激光器的研究进展 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 第2章 半导体激光器理论与分析 |
| 2.1 半导体激光器的工作原理 |
| 2.1.1 增益介质内部的粒子数反转与光增益 |
| 2.1.2 电泵浦与光泵浦 |
| 2.1.3 光学谐振腔 |
| 2.2 半导体激光器的基本特性 |
| 2.2.1 光电特性 |
| 2.2.2 光谱特性 |
| 2.2.3 空间模式特性 |
| 2.2.4 温度特性 |
| 2.2.5 调制特性 |
| 2.2.6 退化与灾变特性 |
| 2.3 增益耦合分布反馈半导体激光器的原理 |
| 2.3.1 半导体激光器的模式特征 |
| 2.3.2 耦合模理论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 表面周期性电注入增益耦合半导体激光器的制备与封装 |
| 3.1 半导体激光器制备技术 |
| 3.1.1 半导体材料外延生长技术 |
| 3.1.2 光刻技术 |
| 3.1.3 材料刻蚀技术 |
| 3.1.4 介质薄膜生长技术 |
| 3.1.5 欧姆电极制备技术 |
| 3.1.6 腔面薄膜生长技术 |
| 3.2 半导体激光器的解理与封装 |
| 3.2.1 半导体激光器的解理 |
| 3.2.2 半导体激光器的封装 |
| 3.3 表面周期性电注入增益耦合半导体激光器制备流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 周期性电注入1045 nm纯增益耦合半导体激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 结构设计 |
| 4.3 器件制备与封装 |
| 4.4 实验结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于倾斜波导的795 nm增益耦合半导体激光器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件结构与制作步骤 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 本文结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光泵浦垂直外腔面发射激光器 |
| 1.2.1 VECSEL的由来 |
| 1.2.2 VECSEL的优势 |
| 1.2.3 高功率输出的研究进展 |
| 1.2.4 VECSEL的应用 |
| 1.2.5 VECSEL的研究意义 |
| 1.3 电泵浦垂直腔面发射激光器 |
| 1.3.1 VCSEL研究进展 |
| 1.3.2 VCSEL发展与应用 |
| 1.3.3 单模单偏振VCSEL的研究意义 |
| 1.3.4 单模单偏振VCSEL的研究现状 |
| 1.4 本论文的研究目的与研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 VECSEL外延结构设计 |
| 2.1 激光操作原理 |
| 2.2 VECSEL的工作原理 |
| 2.3 外腔:形状和设计 |
| 2.4 增益区的设计 |
| 2.4.1 应变量子阱结构模拟 |
| 2.4.2 量子阱的应变 |
| 2.4.3 增益区的数值模拟 |
| 2.5 DBR反射镜设计 |
| 2.6 周期性谐振增益结构 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 VECSEL外延生长和制备 |
| 3.1 外延生长技术 |
| 3.1.1 VECSEL的外延生长 |
| 3.1.2 外延生长后特性测试 |
| 3.2 VECSEL封装技术研究 |
| 3.2.1 外延片清洗 |
| 3.2.2 表面金属化 |
| 3.2.3 焊接封装 |
| 3.2.4 外延片衬底刻蚀工艺 |
| 3.3 PL光谱和反射谱 |
| 3.4 VECSEL的热管理研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 980nm VECSEL实验研究 |
| 4.1 980nm高功率VECSEL |
| 4.1.1 VECSEL的泵浦方式 |
| 4.1.2 VECSEL输出特性 |
| 4.2 VECSEL倍频特性的研究 |
| 4.2.1 倍频基本原理 |
| 4.2.2 倍频实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 1160 nm VECSEL实验研究 |
| 5.1 1160nm VECSEL基本概述 |
| 5.2 应变量子阱结构模拟 |
| 5.3 器件结构设计 |
| 5.4 输出特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 波长可转换的高功率VECSEL |
| 6.1 双波长VECSEL基本概述 |
| 6.2 器件的性质 |
| 6.3 输出特性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 面发射激光器的模式控制 |
| 7.1 VCSEL设计 |
| 7.1.1 器件结构描述 |
| 7.1.2 VCSEL的特性参数 |
| 7.1.3 各向异性侧氧化分析 |
| 7.2 器件制备工艺流程 |
| 7.2.1 光刻技术 |
| 7.2.2 刻蚀工艺 |
| 7.2.3 选择性氧化工艺 |
| 7.2.4 工艺流程 |
| 7.3 测试结果与分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 论文工作的创新点 |
| 8.3 论文展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的电学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 InGaAs/GaAs/InGaP980nm量子阱激光器的研究进展 |
| 1.3 选题依据与研究价值 |
| 1.4 半导体激光器的基本原理 |
| 1.4.1 粒子数分布反转 |
| 1.4.2 阈值条件和增益分布 |
| 1.4.3 光学谐振腔 |
| 1.5 论文组织结构 |
| 第二章 半导体激光器的制备及测试 |
| 2.1 MBE生长技术与设备简介 |
| 2.2 激光器的制备流程 |
| 2.3 激光器的低温测试方法及用到的测试仪器 |
| 2.3.1 测试方法 |
| 2.3.2 测试设备简介 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的温度电压特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的材料生长结构 |
| 3.3 温度电压模型的理论推导 |
| 3.3.1 禁带宽度 |
| 3.3.2 本征载流子浓度 |
| 3.4 实验测试数据与理论仿真数据的对比 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 低温下量子阱激光器的电学特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 低温下GaSb基量子阱激光器的电学特性研究 |
| 4.2.1 GaSb基量子阱激光器材料的结构 |
| 4.2.2 低温下GaSb基量子阱激光器的I-V特性研究 |
| 4.2.3 低温下GaSb基量子阱激光器的功耗特性研究 |
| 4.3 低温下InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的电学特性研究 |
| 4.3.1 低温下InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的I-V特性研究 |
| 4.3.2 低温下InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的功耗特性研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的调制特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光纤耦合封装激光器低温测试 |
| 5.3 室温下激光器芯片调制特性研究 |
| 5.4 低温下光纤封装耦合激光器调制特性研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在校期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（6）长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 红外探测技术 |
| 1.2 量子阱红外探测器(QWIP)概述 |
| 1.2.1 量子阱红外探测器的工作原理 |
| 1.2.2 量子阱红外探测器的光耦合方式 |
| 1.2.3 量子阱红外探测器的偏振探测 |
| 1.3 长波/甚长波QWIP |
| 1.3.1 长波和甚长波量子阱探测器概述 |
| 1.3.2 长波和甚长波量子阱探测器的研究进展 |
| 1.4 THz量子阱红外探测器概述 |
| 1.4.1 THz技术和应用 |
| 1.4.2 THz量子红外探测器的研究进展 |
| 1.5 本论文的主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 量子阱红外探测器的理论与实验研究方法 |
| 2.1 理论模拟方法 |
| 2.1.1 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.1.2 有限元法(FEM) |
| 2.2 材料的MBE生长和器件的工艺制备流程 |
| 2.2.1 量子阱材料的分子束外延(MBE)生长 |
| 2.2.2 器件的工艺制备流程 |
| 2.3 量子阱红外探测器件的性能表征 |
| 2.3.1 材料的光致发光(PL)光谱 |
| 2.3.2 器件的伏安特性(I-V) |
| 2.3.3 器件的黑体响应谱测试 |
| 2.3.4 器件的光电流(PC)谱测试 |
| 2.3.5 器件的噪声与探测率 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 高性能甚长波InGaAs/GaAs量子阱红外光电探测器的MBE材料生长和器件研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品结构设计和器件制备 |
| 3.2.1 甚长波InGaAs/GaAs QWIP材料的结构设计 |
| 3.2.2 甚长波InGaAs/GaAs QWIP的材料生长 |
| 3.2.3 甚长波InGaAs/GaAs QWIP器件的工艺制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 样品的结构和光学表征 |
| 3.3.2 器件的电学测试 |
| 3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 三维卷曲长波量子阱红外探测器(QWIP)的制备和性能研究 |
| 4.1 三维自卷曲微管概述 |
| 4.2 三维卷曲长波QWIP的设计和制备流程 |
| 4.2.1 三维卷曲QWIP的材料结构设计 |
| 4.2.2 三维卷曲QWIP的工艺流程与制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 三维卷曲微管的光学特性 |
| 4.3.2 三维卷曲长波QWIP的电学测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于重掺杂介质微腔耦合的太赫兹(DMC-THz)量子阱红外探测器(QWIP) |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算方法和模型 |
| 5.3 计算结果与讨论 |
| 5.3.1 高掺杂的DMC-THz QWIP的光吸收率和光学模式特性 |
| 5.3.2 重掺杂DMC-THz QWP的光吸收率与结构参数的依赖关系 |
| 5.3.3 重掺杂DMC-THz QWIP的光吸收率的角度依赖关系 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.3 后续展望 |
| 攻读博士学位期间研究成果及其它 |
| 致谢 |
（7）基于MOPA结构的高功率半导体脉冲激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 半导体超短脉冲激光器研究的发展与现状 |
| 1.2.1 404nm-410nm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.2.2 800-1100nm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.2.3 1.1-1.3mm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.2.4 1.55μm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.2.5 2mm波段半导体脉冲激光器 |
| 1.3 本论文的选题依据和研究内容 |
| 第二章 半导体脉冲激光器的理论基础 |
| 2.1 高功率MOPA系统 |
| 2.2 锁模技术基本原理 |
| 2.2.1 锁模方式 |
| 2.2.2 半导体被动锁模技术的基本原理 |
| 2.2.3 锁模脉冲的性能参数 |
| 2.3 半导体光放大器理论 |
| 2.3.1 光放大原理 |
| 2.3.2 半导体光放大器系统方程 |
| 2.3.3 材料增益系数 |
| 2.3.4 自发辐射因子 |
| 2.3.5 SOA的简化解析解 |
| 2.3.6 倾斜腔结构 |
| 2.3.7 放大自发辐射(ASE) |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 半导体脉冲激光器及放大器制备工艺 |
| 3.1 外延生长 |
| 3.2 光刻 |
| 3.3 刻蚀技术 |
| 3.4 薄膜生长 |
| 3.5 Lift-off去金工艺 |
| 3.6 两段式半导体被动锁模激光器制备流程 |
| 3.7 放大器制备流程 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 谐波锁模半导体激光器研究 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.2 外腔谐波锁模半导体激光器的设计与制备 |
| 4.2.1 结构设计 |
| 4.2.2 工艺制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于锯齿结构的MOPA放大系统研究 |
| 5.1 背景介绍 |
| 5.2 MOPA结构设计 |
| 5.3 锁模种子激光器 |
| 5.4 放大器 |
| 5.5 本章总结 |
| 第六章 基于MOPA结构的半导体脉冲系统的脉宽压缩研究 |
| 6.1 背景介绍 |
| 6.2 色散补偿理论 |
| 6.3 双通光栅压缩器 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）高应变InGaAs量子阱激光器结构设计与研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的目的和意义 |
| 1.4 论文的主要内容 |
| 第2章 高应变量子阱激光器的理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 In Ga As材料的基本特性 |
| 2.2.1 物理特性和能带结构 |
| 2.2.2 应变对材料特性的影响 |
| 2.3 应变量子阱激光器的工作特性 |
| 2.3.1 激射波长 |
| 2.3.2 增益特性 |
| 2.3.3 阈值电流密度特性 |
| 2.3.4 偏振选择性 |
| 2.3.5 温度特性 |
| 2.4 生长理论与技术 |
| 2.4.1 半导体材料的生长机理 |
| 2.4.2 MOCVD的工作原理 |
| 2.4.3 MOCVD设备简介 |
| 2.4.4 MOCVD技术的发展 |
| 2.5 发光原理与技术 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 高应变In Ga As量子阱激光器结构的优化设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 仿真软件介绍 |
| 3.3 仿真结果分析 |
| 3.3.1 模式扩展层对发散角的影响 |
| 3.3.2 波导结构对器件功率的影响 |
| 3.3.3 腔长、台面宽度对器件特征参数的影响 |
| 3.4 高应变In Ga As量子阱整体外延结构设计 |
| 3.4.1 量子阱设计与参数计算 |
| 3.4.2 In Ga As量子阱整体外延结构 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 高应变In Ga As量子阱的生长与测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验设计 |
| 4.2.1 实验设备和工艺 |
| 4.2.2 实验步骤 |
| 4.3 实验结果分析 |
| 4.3.1 衬底偏向角对In Ga As量子阱发光特性的影响 |
| 4.3.2 生长温度对In Ga As量子阱发光特性的影响 |
| 4.3.3 生长速率对In Ga As量子阱发光特性的影响 |
| 4.3.4 Ⅴ/Ⅲ比对In Ga As量子阱发光特性的影响 |
| 4.4 高应变In Ga As量子阱的制备与性能测试 |
| 4.4.1 量子阱表面形貌分析 |
| 4.4.2 X射线衍射表征分析 |
| 4.4.3 PL光谱分析 |
| 4.5 本章小节 |
| 第5章 In Ga As量子阱激光器工艺研究与制备 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 半导体激光器器件工艺流程 |
| 5.3 半导体激光器真空解理与钝化技术的研究 |
| 5.3.1 实验设计 |
| 5.3.2 实验结果分析 |
| 5.4 大功率半导体激光器腔面膜技术的研究 |
| 5.4.1 激光对薄膜的破坏作用 |
| 5.4.2 测量薄膜损伤阈值参数的方法 |
| 5.4.3 半导体激光器腔面膜系设计 |
| 5.4.4 制膜工艺对薄膜质量的影响 |
| 5.4.5 半导体激光器腔面制备和性能分析 |
| 5.5 器件测试结果分析 |
| 5.6 本章小节 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（9）被动调Q及锁模半导体外腔面发射激光器的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1.绪论 |
| 1.1 VECSEL的发展 |
| 1.2 被动锁模VECSEL的发展 |
| 1.3 本论文的主要工作 |
| 2.VECSEL原理 |
| 2.1 半导体激光器的原理 |
| 2.1.1 光子的吸收和产生 |
| 2.1.2 半导体激光器的发光条件 |
| 2.2 VECSEL的原理 |
| 2.2.1 VECSEL的基本结构 |
| 2.2.2 分布布拉格反射镜(DBR) |
| 2.2.3 应变多量子阱(MQW) |
| 2.3 本章小结 |
| 3.被动调Q及锁模技术 |
| 3.1 锁模及被动调Q原理 |
| 3.1.1 锁模原理 |
| 3.1.2 被动调Q原理 |
| 3.2 Cr:YAG被动调Q技术 |
| 3.2.1 Cr:YAG晶体的基本特性 |
| 3.2.2 Cr:YAG晶体的可饱和吸收特性 |
| 3.3 SESAM被动锁模 |
| 3.3.1 SESAM的结构 |
| 3.3.2 SESAM的时间特性和宏观特性 |
| 3.3.3 SESAM被动锁模VECSEL机制 |
| 3.4 本章小结 |
| 4.增益芯片的后期处理 |
| 4.1 增益芯片的设计与外延生长 |
| 4.1.1 增益芯片的外延生长 |
| 4.1.2 增益芯片的设计特性 |
| 4.2 增益芯片的后期处理 |
| 4.2.1 增益芯片的键合 |
| 4.2.2 基质腐蚀 |
| 4.2.3 增益芯片的散热封装 |
| 4.3 本章小结 |
| 5.被动调Q及锁模VECSEL激光器设计与制作 |
| 5.1 Cr:YAG晶体被动调Q锁模VECSEL的实验研究 |
| 5.1.1 器件及谐振腔设计结构 |
| 5.1.2 实验结果及分析 |
| 5.2 SESAM锁模VECSEL的实验研究 |
| 5.2.1 谐振腔的设计 |
| 5.2.2 实验装置和单元器件结构 |
| 5.2.3 实验结果及分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6.双波长以及小型化可调谐绿光VECSEL的实验研究 |
| 6.1 双波长VECSEL的实验研究 |
| 6.1.1 谐振腔的设计 |
| 6.1.2 实验结果及分析 |
| 6.2 小型化可调谐绿光VECSEL的实验研究 |
| 6.2.1 谐振腔的设计 |
| 6.2.2 实验结果及分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 7.总结 |
| 参考文献 |
| 附录 A:作者攻读硕士学位期间发表论文及科研情况 |
| 致谢 |
（10）VCSEL亚波长光栅P面反射镜的优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 垂直腔面发射激光器(VCSEL)简介 |
| 1.2 P面反射镜简介 |
| 1.2.1 DBR的结构与原理 |
| 1.2.2 不同波段下DBR研究现状 |
| 1.2.3 半导体DBR反射镜的特点 |
| 1.3 亚波长光栅反射镜 |
| 1.3.1 亚波长光栅 |
| 1.3.2 亚波长光栅反射镜的研究现状 |
| 1.4 课题研究的目的意义 |
| 1.5 论文的主要内容 |
| 第2章 VCSEL P面反射镜优化设计理论 |
| 2.1 分布布拉格反射镜的设计 |
| 2.1.1 VCSEL的品质因数 |
| 2.1.2 传输矩阵理论 |
| 2.1.3 DBR的反射率及带宽 |
| 2.2 亚波长光栅反射镜的相关理论 |
| 2.2.1 麦克斯韦方程组 |
| 2.2.2 等效介质理论 |
| 2.2.3 严格耦合波理论 |
| 2.3 本章小节 |
| 第3章 亚波长光栅反射镜的结构设计和特性仿真 |
| 3.1 亚波长光栅反射镜的结构设计 |
| 3.2 垂直于基底入射时各参数仿真分析 |
| 3.2.1 光栅周期与波长、反射率之间的关系 |
| 3.2.2 占空比与波长、反射率之间的关系 |
| 3.2.3 光栅厚度与波长、反射率之间的关系 |
| 3.2.4 应力缓冲层与波长、反射率之间的关系 |
| 3.2.5 低折射率亚层与波长、反射率之间的关系 |
| 3.3 垂直于光栅表面入射时对反射率的影响 |
| 3.4 光栅形状对反射率的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 亚波长光栅反射镜关键工艺研究 |
| 4.1 亚波长光栅反射镜工艺流程 |
| 4.2 外延生长工艺研究 |
| 4.3 电子束曝光工艺研究 |
| 4.3.1 电子束曝光结构原理 |
| 4.3.2 电子束曝光工艺流程 |
| 4.3.3 电子束曝光技术实验研究 |
| 4.4 ICP刻蚀工艺研究 |
| 4.4.1 ICP刻蚀原理 |
| 4.4.2 刻蚀速率计算及形貌分析 |
| 4.4.3 不同占空比对刻蚀深度的影响 |
| 4.5 台面刻蚀及氧化工艺 |
| 4.5.1 光刻台面 |
| 4.5.2 台面刻蚀 |
| 4.5.3 氧化工艺 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
四、GSMBE生长 1 .8- 2 .0μm波段In Ga As/ In Ga As P应变量子阱激光器（论文参考文献）
- [1]976nm激光器结构优化与验证[D]. 赵荣进. 西安理工大学, 2021
- [2]基于表面隔离沟槽结构的近红外可调谐分布反馈半导体激光器[D]. 刘夏. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [3]表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究[D]. 马德正. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [4]近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究[D]. 张继业. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [5]InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的电学特性研究[D]. 李金友. 曲阜师范大学, 2020
- [6]长波/甚长波量子阱红外探测器的光电调控及性能优化研究[D]. 杨贺鸣. 华东师范大学, 2020(05)
- [7]基于MOPA结构的高功率半导体脉冲激光器的研究[D]. 王延靖. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [8]高应变InGaAs量子阱激光器结构设计与研制[D]. 谷雷. 长春理工大学, 2020(01)
- [9]被动调Q及锁模半导体外腔面发射激光器的研究[D]. 邱小浪. 重庆师范大学, 2020(04)
- [10]VCSEL亚波长光栅P面反射镜的优化设计[D]. 王凤玲. 长春理工大学, 2020(01)