一、应变多量子阱DFB激光器有源区的优化设计(英文)（论文文献综述）
马德正[1]（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》文中研究表明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。
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。
李儒颂[3]（2021）在《1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究》文中提出随着智慧城市、5G网络、人工智能、云计算和大数据中心等新一代信息技术的快速发展,网络数据流量在近年来呈现出指数增长趋势,促使光互连技术向更高速率、更大容量和更低功耗的方向发展。高速面发射激光器作为该领域关键核心器件,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于长波长DBR难以外延生长且具有较大的损耗和串联电阻,因而还难以满足应用需求。而光子晶体面发射激光器（PCSELs）具有大面积单模激射、任意光束整形与偏振调控、片上二维光束控制及波长易于拓展等多种突出功能,因此在实现光纤的两个低损耗传输窗口（1.31μm,1.55μm）更具优势。近年来,受凝聚态中拓扑相和拓扑相变概念的启发,基于拓扑能带论的拓扑光子学正在兴起,其中具有鲁棒性的拓扑腔面发射激光器（TCSELs）不仅拥有高光束质量的优点,而且可以产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束。OAM复用技术可极大提高光通信系统的信道容量,是未来通信技术的重要发展方向。本论文基于光子晶体对光子态的调控,结合光子晶体微腔与光子晶体带边激射原理设计出了具有异质光子晶体腔结构,为实现高速PCSELs提供了可行性方案,同时将具有拓扑性质的光子晶体引入面发射激光器中并通过合理的优化设计,以达到高速、大功率、低阈值、窄线宽和提高边模抑制比的目的,具有潜在替代现有VCSELs的优势。主要研究内容和创新成果如下:1.对PCSELs的带边激射原理和阈值增益进行了理论分析,并结合半导体激光器速率方程推导出了PCSELs的光功率公式,同时分析了二维光子拓扑绝缘体的边界态与拓扑相变机理,为研制高速PCSELs与TCSELs提供了理论基础。2.开展了高速双晶格PCSELs的理论研究。设计了增强面内光反馈的PCSELs,其谐振腔是由两种具有不同光子带隙的光子晶体组成的面内异质结构,除了利用光子晶体带边的光反馈外,还利用了两种光子晶体边界的反射,并通过调控其中双晶格光子晶体的两个空气孔间距来提高反向传播光之间的一维耦合系数,从而实现对激射模式的强面内限制。通过三维时域有限差分法（3D-FDTD）证实了我们所提出的异质PCSELs可以在较小的正方形区域内实现1.3μm单模激射,并可能实现大于30 GHz的3d B调制带宽。3.开展了基于Dirac点高速PCSELs的理论研究。通过调控光子晶体参数得到双Dirac锥形色散,设计了增强Dirac点面内反馈的PCSELs,并且由于在Dirac点态密度可以降为零,而自发辐射耦合系数?与态密度成反比,因此利用Dirac点作为带边激射,可有效提高PCSELs调制速率,通过3D-FDTD证实其是以四极模激射,在基于少模的空分复用系统中可能具有潜在的应用。4.开展了基于能带反转光场限制效应的高速拓扑体态面发射激光器的理论研究。拓扑谐振腔是由拓扑态光子晶体（R2=1.05R0）外围完整拼接与其带隙相当的拓扑平庸态光子晶体（R1=0.94R0）构成,在拼接的边界处会产生光场的反射和限制效应,通过3D-FDTD证实其可在较小的正六边形区域内实现1.3μm低发散角单模激射。此外,该拓扑体态面发射激光器由于能带反转引起的反射只发生在靠近布里渊区中心附近的一个很小的波矢范围,因此限制了能够获得有效反馈的模式数目,这种模式选择机制与带边模式PCSELs完全不同,更有利于实现单模面发射,在高速光通信领域中的应用将更具有优势。5.开展了高速Dirac涡旋腔面发射激光器的理论研究。通过对正常蜂窝光子晶体超胞应用广义的Kekulé调制和收缩操作,然后将它们完整拼接得到异质Dirac涡旋腔（具有鲁棒的中间带隙模）,同时适当调控腔中子晶格的尺寸,使得带间模收敛于Dirac点频率并处于外围光子晶体的禁带中,以达到增强带间模面内光反馈的目的,从而有利于实现高速调制。研究结果表明,以该异质Dirac涡旋腔的带间模作为带边激射,可在较小的区域内实现1.3μm单模矢量光束输出,这为发展具有优异性能的新型高速拓扑PCSELs提供了可能。
刘功海[4]（2020）在《高速直接调制分布反馈激光器的研究》文中认为随着移动互联网、大数据和云计算等技术的发展,用户对通信速度和质量的要求不断提高,对支撑城域网和局域网的短距光纤通信网提出了新的考验。高速直接调制分布反馈（distributed feedback,DFB）激光器作为短距光纤通信网的核心器件,在高速化和低成本的两个发展方向上都急需进一步突破,来满足短距光互联网络的发展。本文的主要研究对象为低成本、高性能的直接调制DFB激光器,主要研究工作和创新点如下:针对DFB激光器的物理模型中涉及的主要物理过程进行讨论,分别阐述了这些物理过程相对应的理论模型和分析方法,总结了直接调制DFB激光器中调制带宽的主要限制因素,提出了一种集成有源布拉格反射区的直接调制DFB激光器（distributed feedback lasers with active distributed reflector,ADR-DFB laser）方案,解决了目前短腔高速直接调制DFB激光器中单模良品率低和制作工艺复杂的难题,并分别从器件原理、器件结构和制作工艺上对ADR-DFB激光器的可行性进行了讨论。依据ADR-DFB激光器的结构特点,引入时域行波法对ADR-DFB激光器中关键结构参数进行了分析,并选择了最佳的器件结构设计对ADR-DFB激光器的直接调制特性进行了讨论。根据数值模拟中讨论的最佳器件结构设计,完成了ADR-DFB激光器的制作工艺开发,制作了能稳定工作的ADR-DFB激光器,从实验上验证了ADRDFB激光器方案的可行性,同时展示了ADR-DFB激光器的优异单模良品率和高速调制特性。制作的ADR-DFB激光器在室温下取得了10 m A的阈值电流和0.38 m W/m A的输出斜率效率,在6倍阈值电流下具有24 GHz的调制带宽,在28Gb/s的调制速率下实现10公里标准单模光纤中无误码传输。分析了温度对DFB激光器中关键参数的影响,并将完整的温度参量引入时域行波法中完善了DFB激光器的数值仿真模型,在此基础上完成了宽温度范围（-40℃到85℃）直接调制ADR-DFB激光器的数值模拟设计。本文针对器件的宽温度工作环境优化了器件结构和制作工艺,完成了宽温度范围直接调制ADR-DFB激光器的制作,实现了ADR-DFB激光器在工业温度（-40℃到85℃）范围内稳定单模工作,展示了ADR-DFB激光器在工业温度范围内25 Gb/s调制速率下10公里单模光纤无误码传输。分析了ADR-DFB激光器中热饱和现象的主要原因,并讨论了不同解决方案的特点,提出一种啁啾光栅ADR-DFB激光器的解决方案,比较了采用线性啁啾光栅和分段啁啾光栅对热饱和现象的改善效果。实验验证了啁啾光栅ADR-DFB激光器能改善激光器的热饱和现象,并展示了啁啾光栅ADR-DFB激光器在多进制调制下的应用,通过PAM4调制格式实现56 Gb/s的调制速率。提出了一种负啁啾直接调制DFB激光器方案,为直接调制半导体激光器在长距离传输应用提供潜在解决方案;通过数值模拟和实验测量验证了该直接调制DFB激光器的负啁啾特性,常温下实现了20 GHz的调制带宽,在10 Gb/s调制速率下获得了-40 GHz的频率啁啾,10公里标准单模光纤传输的功率代价为负值。
庄圆[5]（2020）在《扩展传输距离的V型腔可调谐激光器研究》文中提出近年来,高清电视和交互式点播网络电视、在线数字电影和游戏、3D电视、移动多媒体、视频会议、云存储/云计算、社交网络、短视频分享等新兴业务如雨后春笋般涌现,这些新兴业务对接入网的带宽需求越来越高,带宽需求随着数据以爆炸式增长,容量大以及运行、维护成本低的无源光网络已经是用来解决接入网宽带瓶颈的第一选择。目前,无源光网络已从2.5Gbps升级到10Gbps以满足Internet流量的快速增长,开发低成本、高速可调谐的光发射机迫在眉睫。在C波段,随着传输距离的增加,光纤色散会使脉冲信号发生变形进而导致误码率增加。对于高速率远距离传输系统,电吸收调制器和铌酸锂调制器仍然是主流选择,但是它们同色散补偿模块一样成本高、能耗大。因此开发一种低成本、结构简单、低能耗的高速可调谐发射机非常有意义V型腔可调谐激光器是一种低成本、结构简单、性能优良可靠的半导体激光器,是未来城域网、接入网和数据中心等应用场景中极具吸引力的选择。本课题针对下一代无源光网络的需要,提出两种基于V型腔可调谐激光器的提高信号传输距离的方案:一是采用外调制的方式,利用偏置量子阱技术单片集成V型腔可调谐激光器和马赫曾德调制器;二是采用啁啾管理的方式,用阵列波导光栅对V型腔可调谐激光器的频率啁啾进行管理从而提高传输距离。本论文在InGaAsP材料五量子阱晶圆上,成功开发了基于波长248nm准分子激光诱导量子阱混合的全新工艺。通过合理选择激光照射的能量密度和脉冲数,以及快速热退火的温度和时间,调节有源区量子阱混合的程度,可以获得最高120nm的波长蓝移。利用准分子激光诱导量子阱混合技术成功制作了 FP激光器和V型腔可调谐半导体激光器,成功证明了准分子激光诱导量子阱混合技术工艺简单、性能良好、不需要二次生长,将会是未来非常有潜力的一种单片集成方案。本文首次提出基于V型腔可调谐激光器和马赫曾德调制器单片集成的设计方案。选择偏置量子阱技术作为单片集成平台,芯片外延层状结构有源部分采用5量子阱结构,无源波导部分采用350nm厚的1.4Q InGaAsP材料,设计了单端输入和双端输入两种整体结构。本文首次提出利用高斯型阵列波导光栅AWG对V型腔可调谐激光器进行啁啾管理来提高信号传输距离的方案。这种方案经过实际测试,10Gbps速率直接调制V型腔激光器在没有任何色散补偿的情况下可以无误码（BER<10-12）传输超过20km,传输10km和20km只有2dB和4dB的功率代价。波分复用器件AWG和可调谐半导体激光器都是作为WDM网络中的核心单元,利用两者的配合扩展直接调制信号的传输距离是非常有实际应用价值的。
俞辰韧[6]（2020）在《太赫兹量子级联激光器中模式选择与辐射效率的控制》文中认为太赫兹波在天文学、生物医学、高速通讯、无损检测以及国家安全等方面展现出的巨大应用潜力推动着太赫兹源向小型化、高效率、低成本等方向发展。基于半导体异质结构材料的太赫兹量子级联激光器（Terahertz quantum cascade laser,THz-QCL）作为紧凑型太赫兹源,致力于提高输出功率、光束质量、工作温度以及连续调谐范围等关键性能,不断接近实际应用。本论文简述了太赫兹波的应用以及产生和探测太赫兹波的主要器件;系统介绍了THz-QCL的工作原理、研究现状,以及目前的发展趋势和面临的主要问题;概括总结了半导体激光器中三种常见的谐振腔结构及其工作原理。在上述基础上,本论文着重围绕单模THz-QCL中模式选择以及辐射效率这两个核心问题,开展了系统的理论和实验研究。基于双金属波导结构,分别提出并实现了通过有源布拉格反射镜选模的谐振腔结构,和以光栅耦合器控制辐射效率和光束准直性的谐振腔结构。在充分验证上述两种谐振腔结构的基础上,将有源布拉格反射镜与光栅耦合器集成在同一个双金属波导THz-QCL器件中,近似独立地实现了模式选择和辐射损耗的调控,显着提高了单模THz-QCL在脉冲模式下的峰值功率;并将其与石英增强光声光谱技术结合,初步实现了对硫化氢（H2S）气体的痕量检测,探测极限达到亚ppm量级。主要代表性的创新点如下:1)提出并实现了基于有源布拉格反射镜（Active distributed Bragg reflector,ADBR）选择模式的THz-QCL谐振腔结构,通过ADBR在增益条件下的谐振放大反射峰实现单纵模激射。该谐振腔采用双金属波导并具有2个腔面,在靠近一端腔面处的上金属层中形成周期性空气狭缝作为ADBR并引入吸收边界,另一端为解理腔面。太赫兹波在解理腔面与ADBR之间谐振,并从解理腔面向自由空间辐射。当ADBR区域内波导净增益足够高时,其反射谱在频率接近带边模式处存在带宽极窄（<15 GHz）的谐振放大峰;并在该频率范围内,太赫兹波在谐振腔内往返一次的相位变化量约2π,因此可支持单模激射。实验上,实现了基于ADBR的THz-QCL并获得单模输出。该结构突破了无源DBR在实现单模激射时对腔长的限制,有利于通过提高增益面积增加激光器的输出功率。为了实现稳定的单模激射,采用二维光子晶体代替一维光栅作为ADBR,通过减小禁带的宽度,减小材料增益不均匀对模式选择的影响,最终实现了总长达3.4 mm的基于ADBR的THz-QCL单模输出。2)提出并实现了基于光栅耦合器（Grating coupler,GC）辐射的THz-QCL谐振腔结构,其辐射效率可通过光栅耦合器的结构参数进行灵活的调控。在双金属波导激光器的上金属层中形成周期性空气狭缝作为光栅耦合器。太赫兹波在激光器的两个解理腔面之间谐振,并通过光栅耦合器向自由空间辐射。其优越性体现在:I)通过调节GC的结构参数可在较大范围内控制其辐射损耗。II)由于GC位于谐振腔的一端,该非对称结构使得光束近似单向出射以提高收集效率;其较大的出光面积提高光束的准直性。III)由于采用双金属波导,太赫兹波在有源区内的光学限制因子接近于1,有利于提高激光器的工作温度。以上优越性得到了充分的实验证明:相较于常规单金属波导FP腔THz-QCL,基于GC辐射的双金属波导THz-QCL显着提高了激光功率与工作温度。相较于常规双金属波导FP腔THz-QCL,基于GC辐射的双金属波导THz-QCL虽然温度性能略有下降,但是输出功率和光束质量得到了较大提高。3)基于上述两种谐振腔结构的研究,提出了一种新的近似独立操控模式选择与调节辐射效率的激光器谐振腔结构:将有源布拉格反射镜与光栅耦合器分别集成在双金属波导THz-QCL上金属层的两端,前者实现选模,后者控制辐射效率。在实现稳定单模激射的同时,显着提高了单模激光的功率。20 K下,激光器的脉冲峰值功率达214 m W,相比于同一材料制备的常规单模DFB激光器,峰值功率提高了26.7倍。通过采用改进后的有源区结构和外延材料,获得了频率为3.3 THz的单模THz-QCL,20 K下脉冲峰值功率达366 m W,77 K下峰值功率为246 m W,最高工作温度达147 K。4)以本论文获得的单模THz-QCL作为光源,结合太赫兹石英增强光声光谱（THz-QEPAS）技术搭建了气体检测系统,初步实现了H2S气体的痕量检测,探测极限达到360 ppb。最后,本论文对以下几个方面提出了进一步的研究设想:（I）进一步提高集成ADBR与GC的THz-QCL中的辐射效率与光束准直性;（II）将集成ADBR与GC的THz-QCL推广至连续工作模式,并实现频率调谐。
陆丹,杨秋露,王皓,贺一鸣,齐合飞,王欢,赵玲娟,王圩[7]（2020）在《通信波段半导体分布反馈激光器》文中研究表明半导体分布反馈（DFB）激光器以其卓越的光谱特性、调制特性以及低成本、可量产优势已经成为光纤通信、空间光通信中的重要光源,并将在5G、数据中心、激光雷达以及微波光子学等应用中发挥不可替代的作用。针对通信波段半导体DFB激光器的不同应用需求及特征展开综述,分别就直接调制DFB激光器、大功率DFB激光器以及低噪声（窄线宽及低相对强度噪声）DFB激光器的设计原理、优化方法及进展进行了整理、评述与展望。
王延[8]（2020）在《Littrow结构近红外外腔半导体激光器的研究》文中研究指明激光器在原子物理、高分辨率光谱、相干光通讯、激光雷达等领域都有很重要的应用,这些领域均要求激光器输出光可以调谐到某一个或者多个特定波长,因此,具有优良输出特性的可调谐半导体激光器已成为不可或缺的光学器件。单片集成激光器如分布式反馈（DFB）激光器、分布式布拉格反射（DBR）激光器、垂直腔表面发射激光器（VCSEL）等都是通过温度或者电流来实现波长的可调谐,调谐范围仅有几纳米,并且不能实现连续调谐。可调谐外腔半导体激光器（ECDL）避免了上述问题,通过调谐外腔中的光学元件实现可调谐,最大连续可调谐范围可达到几十纳米,同时实现窄线宽输出。外腔半导体激光器具有结构简单、可调谐范围大、光电转换效率高、高边模抑制比（SMSR）等优点。本文制备了不同输出波段的Littrow结构的外腔半导体激光器,通过设计特殊结构的增益芯片及调谐光学元件,优化激光器的输出特性,为可调谐外腔半导体激光器更广泛的应用提供了理论基础及实验证据。具体的研究内容及实验结果如下:（1）、外延生长InGaAs/GaAs双尺寸量子点,波导结构采用渐变折射率分离限制异质结构;并制备了量子点外腔半导体激光器。该激光器可实现第一激发态激发,由于高能态具有更高的简并度,可容纳更多的电子,因此具有高输出功率。当注入电流为500 mA时,最大输出功率可达到120 mW,激光器的可调谐范围为28.9 nm（970.1999 nm）,输出波长为988.3 nm时光谱线宽可低至0.2 nm,边模抑制比为35 dB。量子点外腔半导体激光器在调谐波长为982.6 nm时阈值电流最低,最低阈值电流为2.75 kA/cm2。衍射光栅位置不变,逐渐增加电流,量子点外腔半导体激光器具有很好的波长稳定性。其中,调谐波长为995 nm时,波长的变化率约为0.7 nm/A。（2）、研究了1550 nm Littrow结构外腔半导体激光器输出特性的影响因素。首先以光束为轴旋转光栅,使光束偏振方向从垂直光栅刻线方向（强反馈）变成与光栅刻线方向成一定的角度（弱反馈）,光栅的旋转使一阶衍射效率降低,进而降低了反馈光强度,从实验中观察到:在强反馈条件下,输出光光谱具有明显的残余反馈,导致在低电流条件下输出光的边模抑制比较低,最高边模抑制比仅为47 dB;而通过偏振失配实现的弱反馈模式,可以有效的消除残余反馈现象,边模抑制比可高达54 dB。两种输出模式均可实现单纵模、宽范围可调谐。300 mA时,弱反馈模式最大调谐范围为130.9 nm,最低阈值电流为84 mA,由于光反馈强度较弱,最大输出功率为5.5 mW;强反馈模式的最大调谐范围为161.2 nm,最低阈值电流为50 mA,最大输出功率可达到49.9 mW。弱反馈模式半导体激光器光谱纯净、单模输出且具有宽可调谐的特性,可应用于有相关要求的领域。其次,研究了光栅常数变化对外腔半导体激光器性能的影响。当光栅刻线密度从600 lines/mm增加到1200 lines/mm时,激光器的边模抑制比从47 dB增加到65 dB,可调谐范围从161.2 nm增加到209.9 nm,两种激光器的线宽分别为0.07 nm及0.05 nm。实验证明,适当提高光栅刻线密度可提高外腔半导体激光器的边模抑制比及可调谐范围。由于光栅刻线密度越大,角色散越大,提高了光栅分辨率,外腔半导体激光器具有更高的边模抑制比及更宽的可调谐范围。
赵龚媛[9]（2019）在《单片集成的高速直调分布反馈激光器阵列》文中提出光纤通信技术的更新迭代,直接促进了半导体光电子学的发展。高性能、低成本的半导体光电子器件是下一代光纤通信的关键。本论文的主要研究对象是用于以太网络中单片集成的高速直调半导体激光器阵列芯片,并致力于解决数据中心、网络运营商和其他流量密集型的高性能计算机环境中高速增长的网络需求。研制了应用于100G以太网通信系统的1.3μm波段的直调分布反馈激光器阵列芯片,包括高速直调激光器、有源无源过渡结构和光合波器件,完成了相关器件的理论分析、实验制作和性能测试。其主要工作包括:对激光器的高速特性进行了理论分析,通过对激光器高速调制小信号模型理论的推导,得到了激光器本征带宽与激光器参数之间的内在联系,讨论了激光器的结构参数对高速调制的影响,提出了高速调制的优化方向。建立了基于时域行波理论的分布反馈激光器理论模型,利用该模型可以获得激光器的性能参数、激光器腔体的反射谱和归一化的光谱,以及激光器的动态特性。提出了一种新型的两段式有源反射的分布反馈（Active distributed reflectordistributed feedback,ADR-DFB）激光器方案,该方案将一个有源反射区集成在普通的分布反馈激光器的非输出端。激光器具有高的斜率效率、好的单模特性和大的直调带宽,能够实现高的成品率,在实现高速直调激光器的阵列上具有较大的优势。采用时域行波法对该ADR-DFB激光器进行了分析,提出了两种不同的选模方式。对提出的有源反射式的分布反馈激光器进行了实验验证:优化激光器的制作工艺,采用电子束曝光制作了不同波长下的光栅;在二次外延存在缺陷的情况下,采用干法刻蚀波导成功制备出ADR-DFB激光器。测量结果表明激光器具有低的阈值电流、高的斜率效率和高的边模抑制比;同时激光器具有高的成品率,非常适合阵列集成;并且激光器本征带宽可以达到24 GHz;最后通过对一些测试结构的测量分析,提取出激光器的相关特征参数。采用Rsoft无源仿真软件分析了有源区的光场限制因子和无源波导之间的关系,由此设计出垂直耦合的双波导结构,在优化设计该结构的基础上提出了一种可以实现大容差、工艺简单的有源无源过渡方案—垂直耦合器结构。该方案提高了现有耦合器的制作容差,理论上具有波长不敏感的特性,适合多波长之间的耦合。系统地对集成器件中深浅过渡和弯曲波导结构的损耗进行了仿真,讨论了这些结构带来的额外损耗,并且设计了适用于集成的器件结构参数;研究了光合波器件—多模干涉合波器（Multi-mode interferometer,MMI）的工作原理和设计方法,通过仿真设计了该MMI的结构参数,并在此基础上完成了四通道的合波器件的设计。研究了激光器、垂直耦合器和光合波器件的工艺制作流程,针对不同的需求,优化了制作中的工艺参数:采用湿法腐蚀得到了低损耗的有源区波导;通过工艺优化实现了有源到无源波导的深浅过渡;采用干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的工艺制作出垂直耦合器的上波导,精确控制了上波导的芯层尺寸;开发了厚胶精确曝光的工艺来制作MMI器件;最后成功制作出基于磷化铟（Indium Phosphide,InP）的ADR-DFB激光器、垂直耦合器和4×1光合波器件集成的光发射芯片。完成了该单片集成光芯片的测试,测试结果表明该芯片单通道激光器的阈值约为10 mA,集成芯片合波后的单通道输出功率达到了1 mW,四通道激光器之间波长的间隔均匀,边模抑制比都可以达到50 dB以上;测量了各个通道的动态特性,激光器的电光响应曲线表明四通道在常温下带宽可以达到14 GHz,并且进行了28 Gbit/s调制下的10 km标准单模光纤传输实验,测量得到该集成芯片背靠背眼图和传输后的误码特性,芯片10 km传输后的功率代价约为0.5 dB。
敖应权[10]（2019）在《面向片上光互连的面发射激光器及其集成技术研究》文中提出随着互联网时代的来临,大数据、云计算、人工智能等各种新型网络应用逐渐走入人们的生活。数据通信流量随之爆炸式增长。同时人们对网络的速率,带宽,时延和成本等的要求越来越高。传统的电互连方式,由于其无法逾越的“电子瓶颈”,限制了网络速率和带宽的进一步提高,已经无法满足当前网络大带宽,高速率的需求。以光互连技术为核心的信息交换方式以其大带宽,高速率,低时延的性能优势,能够克服传统电互连网络的速率和带宽局限性,成为人们追求的网络发展方向。其中最受关注的一项技术是片上集成全光互连技术。片上集成全光互连网络可以大大降低网络成本,功耗,提高可靠性等。特别是基于硅基光电子平台的片上光互连网络,其制作工艺与当前微电子半导体领域成熟的CMOS工艺兼容,前景尤为广阔,有望成为突破当前通信网络瓶颈的技术。然而,硅材料是一种间接带隙材料,基于硅材料的发光光源效率极低,约为1%。此外,如果大规模应用于通信网络中,片上光互连网络必将对组网成本非常敏感。因此,高效率,低成本的片上互连光源目前是制约硅基片上光互连网络的主要瓶颈。研制面向硅基片上光互连网络的高效率,低成本光源具有重大意义。目前发光效率最高并已商用化的光源是以三五族半导体材料为主导的激光光源。最接近商业实用化的硅基片上光互连网络是基于硅基三五族半导体混合集成光子芯片的网络。基于目前的片上光互连技术研究现状,本论文主要围绕面向片上光互连的可集成光源及集成光子芯片技术展开了一系列的研究工作,分别从面发射激光光源的设计与优化,实验制作方案;硅基波导光栅耦合器的设计优化;混合集成片上光互连芯片的实现三个方面进行了阐述。提出了易制作,低成本的表面高阶矩形光栅面发射半导体激光器;渐变脊波导型高阶光栅面发射激光器;提出了面发射激光器通过硅基波导光栅与硅基光子芯片的耦合结构,优化了激光器与硅基波导光栅的耦合效率;研究了混合集成光芯片的实现方案。全文的主要研究内容及成果总结如下:（1）提出了利用表面高阶光栅实现表面发射半导体激光器,并降低半导体激光器的制作难度,制作成本的原理方法。基于格林函数法深入分析了高阶光栅的面发射辐射特性。（2）分析了半导体激光器的工作原理。基于改进的时域行波模型,编写了仿真软件,深入分析了表面高阶光栅面发射激光器的激射性能,并优化了面发射激光器的输出性能。提出了表面高阶光栅面发射激光器的实验制作方案。（3）提出了利用硅基波导光栅与表面高阶光栅面发射激光器的耦合结构,研究了混合集成光子芯片的实现方案。并优化了其耦合效率。
二、应变多量子阱DFB激光器有源区的优化设计(英文)（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、应变多量子阱DFB激光器有源区的优化设计(英文)（论文提纲范文）
（1）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 |
（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）1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高速半导体激光器及其研究状况概述 |
| 1.2.1 高速垂直腔面发射激光器(VCSELs)概述 |
| 1.2.2 高速分布反馈(DFB)激光器概述 |
| 1.2.3 高速量子级联激光器(QCLs)概述 |
| 1.2.4 高速光子晶体激光器(PCLs)概述 |
| 1.2.5 高速半导体激光器的瓶颈及发展趋势 |
| 1.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)研究进展 |
| 1.3.1 大面积相干1.3μm PCSELs |
| 1.3.2 PCSELs的光束模式控制 |
| 1.3.3 PCSELs的光束控制 |
| 1.3.4 高亮度PCSELs |
| 1.4 拓扑光子学 |
| 1.4.1 从拓扑电子学到拓扑光子学 |
| 1.4.2 拓扑光子晶体激光器研究进展 |
| 1.5 涡旋光束 |
| 1.5.1 涡旋光束的发展历程 |
| 1.5.2 涡旋光束光通信原理及优势 |
| 1.5.3 OAM模式的复用与解复用 |
| 1.5.4 OAM编码通信技术 |
| 1.5.5 拓扑涡旋激光器研究进展 |
| 1.6 本论文选题依据及主要研究内容 |
| 第二章 高速光子晶体面发射激光器的理论基础 |
| 2.1 半导体激光器速率方程理论 |
| 2.1.1 量子阱激光器速率方程模型 |
| 2.1.2 量子级联激光器速率方程模型 |
| 2.1.3 量子点激光器速率方程模型 |
| 2.2 半导体激光器的直接调制原理 |
| 2.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)的理论基础 |
| 2.3.1 PCSELs带边激射原理 |
| 2.3.2 PCSELs阈值增益 |
| 2.3.3 PCSELs输出光功率 |
| 2.3.4 PCSELs输出光功率的提高方法 |
| 2.3.5 PCSELs三维耦合波理论 |
| 2.4 Purcell因子和自发辐射因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 拓扑光子学基础 |
| 3.1 拓扑绝缘体与Dirac方程 |
| 3.1.1 Dirac方程和束缚态的解 |
| 3.1.2 修正的Dirac方程与Z2 拓扑不变量 |
| 3.1.3 拓扑不变量与量子相变 |
| 3.1.4 拓扑保护的边界态解 |
| 3.2 拓扑物理中的经典模型 |
| 3.2.1 Su-Schrieffer-Hegger(SSH)模型 |
| 3.2.2 Haldane模型 |
| 3.2.3 Bernevig-Hughes-Zhang(BHZ)模型 |
| 3.3 光子Dirac锥及其相关物理 |
| 3.3.1 光子晶体中的Dirac锥 |
| 3.3.2 Dirac 光局域模 |
| 3.4 二维光子拓扑绝缘体 |
| 3.4.1 光子拓扑绝缘体中的拓扑不变量 |
| 3.4.2 赝时间反转对称性与赝自旋 |
| 3.4.3 二维拓扑保护边缘态 |
| 3.4.4 拓扑光子晶体的k·P模型 |
| 3.4.5 拓扑光子相变机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 1.3μm 高速光子晶体面发射激光器研究 |
| 4.1 双晶格光子晶体谐振腔 |
| 4.1.1 双晶格光子晶体谐振腔的概念 |
| 4.1.2 双晶格光子晶体谐振腔晶格间距的调谐 |
| 4.2 1.3μm高速双晶格光子晶体面发射激光器设计 |
| 4.2.1 异质PCSELs的结构设计 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.2.3 结论 |
| 4.3 基于Dirac点 1.3μm高速光子晶体面发射激光器的设计 |
| 4.3.1 研究背景 |
| 4.3.2 理论基础 |
| 4.3.3 器件设计 |
| 4.3.4 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 1.3μm 高速拓扑体态面发射激光器研究 |
| 5.1 高速拓扑体态面发射激光器的设计 |
| 5.1.1 二维拓扑光子晶体谐振腔的设计 |
| 5.1.2 仿真结果 |
| 5.2 理论分析 |
| 5.2.1 蜂窝光子晶体的紧束缚模型 |
| 5.2.2 基于赝自旋能带反转分析 |
| 5.2.3 拓扑谐振腔支持的腔模 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器研究 |
| 6.1 矢量光束的理论基础 |
| 6.2 Dirac涡旋腔 |
| 6.2.1 对DFB激光器和VCSELs的拓扑理解 |
| 6.2.2 Jackiw-Rossi零模 |
| 6.2.3 Dirac涡旋腔的参数 |
| 6.2.4 Dirac涡旋腔的性质 |
| 6.3 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器的设计 |
| 6.3.1 异质 Dirac 涡旋腔的设计 |
| 6.3.2 仿真结果 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本论文主要完成工作 |
| 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 |
（4）高速直接调制分布反馈激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 直接调制半导体激光器在光纤通信中的应用 |
| 1.3 直接调制DFB激光器的研究进展 |
| 1.4 论文的主要内容和结构 |
| 2 直接调制DFB激光器的物理模型以及分析方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 直接调制DFB激光器的电学模型 |
| 2.3 直接调制DFB激光器的电光转化模型 |
| 2.4 直接调制DFB激光器的光学传播模型 |
| 2.5 直接调制DFB激光器的热传导模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 高速直接调制ADR-DFB激光器的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 直接调制DFB激光器的带宽限制因素与解决方案 |
| 3.3 高速直接调制ADR-DFB激光器的设计与仿真分析 |
| 3.4 高速直接调制ADR-DFB激光器的实验验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 宽温度范围直接调制ADR-DFB激光器的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 温度对DFB激光器中关键参数的影响 |
| 4.3 宽温度范围直接调制ADR-DFB激光器的设计 |
| 4.4 宽温度范围直接调制ADR-DFB激光器的制作与测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 啁啾光栅ADR-DFB激光器的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 啁啾光栅ADR-DFB激光器的理论设计 |
| 5.3 啁啾光栅ADR-DFB激光器的实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 负啁啾直接调制DFB激光器的研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 负啁啾直接调制DFB激光器的结构设计与数值模拟 |
| 6.3 负啁啾直接调制DFB激光器的实验验证 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 全文总结 |
| 7.1 本文工作总结 |
| 7.2 下一步工作建议 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间获得的相关成果 |
| 附录2 缩略词表 |
（5）扩展传输距离的V型腔可调谐激光器研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光器高速调制技术 |
| 1.2.1 直接调制 |
| 1.2.2 电吸收调制 |
| 1.2.3 马赫曾德调制 |
| 1.3 激光器和马赫曾德调制器单片集成(ILMZ)研究现状 |
| 1.4 啁啾管理激光器(CML)研究现状 |
| 1.5 本论文的章节安排 |
| 1.6 本论文主要创新点 |
| 2 激光诱导量子阱混杂的V型腔激光器 |
| 2.1 量子阱混合技术概述 |
| 2.1.1 量子阱混合的原理 |
| 2.1.2 量子阱混合实现方法 |
| 2.2 准分子激光诱导的量子阱混杂技术 |
| 2.2.1 实验步骤 |
| 2.2.2 实验结果和讨论 |
| 2.3 基于紫外光诱导量子阱混合技术的Ⅴ型腔半导体激光器 |
| 2.3.1 Ⅴ型腔激光器原理 |
| 2.3.2 基于量子阱混杂的Ⅴ型腔激光器 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 长距离传输的马赫曾德外调制Ⅴ型腔激光器 |
| 3.1 单片集成平台介绍 |
| 3.2 光子芯片外延结构设计 |
| 3.3 光子芯片分立器件设计 |
| 3.3.1 Ⅴ型腔可调谐半导体激光器 |
| 3.3.2 马赫曾德调制器 |
| 3.3.3 MMI&波导 |
| 3.3.4 传输波导 |
| 3.4 基于OQW的V型腔激光器和马赫曾德调制器的光子芯片 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 传输距离扩展的啁啾管理V型腔激光器 |
| 4.1 啁啾及啁啾管理概述 |
| 4.1.1 啁啾 |
| 4.1.2 啁啾管理激光器(CML) |
| 4.2 直接调制Ⅴ型腔激光器的啁啾管理 |
| 4.3 基于啁啾管理的直接调制V型腔激光器在远距离高速传输中的应用 |
| 4.3.1 测试系统介绍 |
| 4.3.2 测试结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结和展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 未来工作的展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 博士在读期间发表论文情况 |
（6）太赫兹量子级联激光器中模式选择与辐射效率的控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 太赫兹应用 |
| 1.1.1 天文学 |
| 1.1.2 生物医学 |
| 1.1.3 高速通信 |
| 1.1.4 无损检测与安检 |
| 1.2 太赫兹探测技术与探测器 |
| 1.3 太赫兹源 |
| 1.3.1 光导天线 |
| 1.3.2 非线性效应产生THz辐射 |
| 1.3.3 太赫兹激光器 |
| 1.4 论文主要内容 |
| 第2章 太赫兹量子级联激光器的原理、现状与挑战 |
| 2.1 太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)概述 |
| 2.2 中红外量子级联激光器的能带结构 |
| 2.3 太赫兹量子级联激光器的有源区结构 |
| 2.4 太赫兹量子级联激光器的波导结构 |
| 2.5 太赫兹量子级联激光器的现状与挑战 |
| 2.5.1 高工作温度 |
| 2.5.2 高输出功率与光束准直性 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 谐振腔理论与仿真 |
| 3.1 法布里-珀罗(Fabry-Pérot,FP)标准具 |
| 3.2 耦合腔 |
| 3.3 周期性波导结构 |
| 3.3.1 光子晶体能带理论 |
| 3.3.2 分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg reflector,DBR)激光器 |
| 3.3.3 分布反馈激光器(Distributed feedback laser,DFB laser) |
| 3.4 电磁场仿真 |
| 3.4.1 亥姆霍兹方程 |
| 3.4.2 全波有限元方法 |
| 3.5 激光器的重要参数 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于有源分布式布拉格反射镜选模的THz-QCL |
| 4.1 引言 |
| 4.2 器件结构与模拟 |
| 4.3 制备与测试 |
| 4.4 结果与分析 |
| 4.5 有源分布式布拉格反射器的优化 |
| 4.5.1 二维光子晶体的设计与模拟 |
| 4.5.2 结果与分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于光栅耦合器耦合输出的THz-QCL |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件结构、原理与模拟 |
| 5.3 制备与测试 |
| 5.4 结果分析与讨论 |
| 5.5 针对宽增益材料制备基于光栅耦合器出射的THz-QCL |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 独立控制模式选择与辐射效率的THz-QCL |
| 6.1 器件结构、原理与仿真 |
| 6.2 实验结果与分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 THz-QCL应用于痕量气体检测的研究 |
| 7.1 痕量气体检测技术 |
| 7.1.1 石英增强光声光谱技术 |
| 7.1.2 THz辐射在光谱式痕量气体检测中的应用 |
| 7.2 高功率单模THz-QCL在 H_2S气体检测的应用 |
| 7.2.1 实验装置与参数 |
| 7.2.2 H_2S气体探测系统检测结果与性能评估 |
| 7.3 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 存在的问题与展望 |
| 参考文献 |
| 附录Ⅰ 外延片材料结构 |
| 附录Ⅱ 激光器功率标定 |
| 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 |
（7）通信波段半导体分布反馈激光器（论文提纲范文）
| 1 引 言 |
| 2 半导体DFB激光器的基本原理 |
| 3 半导体DFB激光器进展 |
| 3.1 高速直接调制DFB激光器 |
| 3.1.1 量子阱优化 |
| 3.1.2 材料体系选取 |
| 3.1.3 光栅及分别限制层优化 |
| 3.1.4 有源区体积优化 |
| 3.1.5 集成无源结构 |
| 3.1.6 光子-光子谐振效应 |
| 3.2 大功率DFB激光器 |
| 3.2.1 大功率设计 |
| 3.2.1.1 量子阱优化 |
| 3.2.1.2 腔长优化 |
| 3.2.1.3 分别限制层及盖层优化 |
| 3.2.2 模式控制 |
| 3.2.2.1 纵模控制 |
| 3.2.2.2 横模及侧模控制 |
| 3.3 低噪声DFB激光器 |
| 3.3.1 有源区材料设计 |
| 3.3.2 腔长优化 |
| 3.3.3 光栅优化 |
| 4 结束语 |
（8）Littrow结构近红外外腔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 可调谐外腔半导体激光器研究意义及背景 |
| 1.2 可调谐半导体激光器分类及应用 |
| 1.2.1 DFB型和DBR型可调谐激光器 |
| 1.2.2 可调谐垂直腔表面发射激光器 |
| 1.2.3 可调谐外腔半导体激光器 |
| 1.2.4 可调谐半导体激光器对比分析 |
| 1.2.5 可调谐外腔半导体激光器的主要应用 |
| 1.3 外腔半导体激光器的研究进展 |
| 1.3.1 量子阱结构外腔半导体激光器的研究进展 |
| 1.3.2 量子点结构外腔半导体激光器的研究进展 |
| 1.4 本论文的研究目的与研究工作 |
| 第2章 可调谐外腔半导体激光器基本原理 |
| 2.1 外腔半导体激光器的线宽 |
| 2.2 外腔半导体激光器的阈值电流 |
| 2.3 腔面镀AR膜对外腔半导体激光器性能的影响 |
| 2.3.1 对P-I曲线的影响 |
| 2.3.2 对可调谐范围的影响 |
| 2.4 转动轴位置对外腔半导体激光器的影响 |
| 2.4.1 Littrow结构外腔半导体激光器 |
| 2.4.2 Littman结构外腔半导体激光器 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 半导体增益芯片的MOCVD外延制备及结构表征方法 |
| 3.1 MOCVD(AIXTRON200-4)外延系统介绍 |
| 3.2 外延片的表征技术 |
| 3.2.1 扫描电子显微镜(SEM) |
| 3.2.2 光致发光(PL)测试 |
| 3.2.3 X射线衍射(XRD) |
| 3.3 双尺寸分布InGaAs/GaAs量子点外延结构的生长工艺 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Littrow结构双尺寸量子点外腔半导体激光器 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 量子点增益芯片的结构及测试结果分析 |
| 4.3 量子点外腔半导体激光器及其测试结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 Littrow结构量子阱外腔半导体激光器 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 外腔半导体激光器的结构与原理 |
| 5.3 强、弱光反馈对外腔半导体激光器特性的影响 |
| 5.4 光栅刻线密度对外腔半导体激光器的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 英文缩略词列表 |
| 表I 专业术语的英文缩略词列表 |
| 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 |
（9）单片集成的高速直调分布反馈激光器阵列（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 光芯片发展现状 |
| 1.2 高速直调激光器的实现方案 |
| 1.3 有源无源集成和光合波器件 |
| 1.4 高速调制阵列芯片的发展 |
| 1.5 本论文的主要内容和意义 |
| 2 高速直调激光器的分析 |
| 2.1 高速直调激光器的相关理论 |
| 2.2 量子阱半导体激光器模拟的理论模型 |
| 2.3 高速直调激光器有源反射分布反馈激光器的仿真设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 高速直调激光器的制作和测试 |
| 3.1 高速直调分布反馈激光器的制作 |
| 3.2 高速直调激光器的静态测试结果 |
| 3.3 高速直调激光器的动态特性 |
| 3.4 激光器参数提取 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 光波导无源器件仿真 |
| 4.1 光波导器件模拟的光束传播法 |
| 4.2 有源无源集成的设计和仿真 |
| 4.3 深浅过渡的设计和模拟 |
| 4.4 弯曲波导的优化 |
| 4.5 多模干涉耦合器的设计 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 集成芯片的制作与测试 |
| 5.1 集成芯片的制作 |
| 5.2 集成的激光器阵列芯片的静态测试结果 |
| 5.3 集成激光器阵列芯片的动态特性 |
| 5.4 测试结构的测试结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 全文总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间获得的相关成果 |
| 附录2 缩略词表 |
（10）面向片上光互连的面发射激光器及其集成技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 片上光互连技术的研究意义 |
| 1.2 集成光子芯片 |
| 1.3 用于集成光子芯片的光源及集成技术研究进展 |
| 1.4 本论文的主要研究内容及创新点 |
| 2 激光器设计原理与数值方法 |
| 2.1 半导体激光器的工作原理与基本结构 |
| 2.2 半导体激光器的仿真 |
| 2.3 激光器时域行波模型与数值求解方法 |
| 2.4 仿真软件编写与验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 高阶光栅面发射半导体激光器研究 |
| 3.1 器件结构及原理 |
| 3.2 高阶光栅的傅里叶展开分析模型 |
| 3.3 高阶光栅面发射激光器的仿真模型 |
| 3.4 高阶光栅面发射激光器的仿真模型验证与结构优化研究 |
| 3.5 渐变脊波导型结构高阶光栅面发射激光器 |
| 3.6 器件简要制作方案 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 光栅耦合面发射激光器集成技术研究 |
| 4.1 光栅耦合器的基本理论 |
| 4.2 波导光栅的数值仿真-时域有限差分法 |
| 4.3 面发射激光器与垂直光栅耦合器集成的设计与优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文和申请专利目录 |
| 附录2 攻读博士学位期间参与的课题研究情况 |
四、应变多量子阱DFB激光器有源区的优化设计(英文)（论文参考文献）
- [1]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)
- [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]1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究[D]. 李儒颂. 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(08)
- [4]高速直接调制分布反馈激光器的研究[D]. 刘功海. 华中科技大学, 2020
- [5]扩展传输距离的V型腔可调谐激光器研究[D]. 庄圆. 浙江大学, 2020(02)
- [6]太赫兹量子级联激光器中模式选择与辐射效率的控制[D]. 俞辰韧. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(03)
- [7]通信波段半导体分布反馈激光器[J]. 陆丹,杨秋露,王皓,贺一鸣,齐合飞,王欢,赵玲娟,王圩. 中国激光, 2020(07)
- [8]Littrow结构近红外外腔半导体激光器的研究[D]. 王延. 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(07)
- [9]单片集成的高速直调分布反馈激光器阵列[D]. 赵龚媛. 华中科技大学, 2019
- [10]面向片上光互连的面发射激光器及其集成技术研究[D]. 敖应权. 华中科技大学, 2019(01)