分布反馈式半导体激光器相移光栅特性的研究

论文摘要

本文基于国家高新技术发展计划项目“高线性激光器和高饱和功率光探测器阵列芯片”（项目编号:2015AA016901）,为研制适用于长距离光通信的1310nm四通道半导体激光器芯片,用ALDS仿真软件对分布反馈式半导体激光器（Distributed feedback semiconductor laser diode,DFB LD）的光栅类型、刻蚀位置、分布耦合系数、多相移等进行分析优化。并与武汉光迅科技公司、中科院半导体研究所合作,对设计出的激光芯片进行生产与测试。本论文主要包括以下几方面的研究内容:1、通过对AlGaInAs/InP材料体系与InGaAsP/InP材料体系进行分析对比,最终选用AlGaInAs/InP材料体系制备DFB LD。2、在大量ALDS仿真实验基础上,通过对仿真结果进行分析对比,发现为了改善激光器的光场聚集,优化空间烧孔效应,决定采用折射率耦合型的非对称相移光栅,并且将光栅生长在有源层的上层。在实际的制备过程中,用低损伤ICP干蚀法和E-beam曝光法对光栅的占空比、高度等进行精确刻蚀,有助于优化空间烧孔效应,使驰豫振荡频率得到提高,有助于芯片高速调制。3、用MOCVD法对芯片进行外延生长,并且根据实际需要,改变生长条件,确定生长方案,得到优质的外延片,进而制备出能实现高线性大功率直接调制的1310nm四通道DFB LD。4、借助LD结构设计和激光材料仿真软件ALDS,对激光芯片的材料体系进行对比,器件结构进行设计分析,并对芯片的各项性能进行优化,最终得到阈值电流、波长、SMSR等技术参数,为后续的分析过程提供基础。最终成功研制出1310nm（高频响应覆盖12GHz以下频率范围）四通道,单信道芯片出光功率大于10dBm的激光阵列芯片样品。而且,样品芯片测试结果表明,所研制的激光芯片各项技术指标均达到了项目要求,且多数优于项目要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 半导体激光器的发展历程
•   1.3 半导体激光器的应用
•   1.4 论文的研究目的和内容
• 第二章 相关的半导体激光器理论
•   2.1 半导体激光器的工作原理
•   2.2 能带结构
•   2.3 耦合波理论
•     2.3.1 耦合波方程
•     2.3.2 基于耦合波方程的阈值分析
•   2.4 传输矩阵理论
•   2.5 半导体激光器的特性
•     2.5.1 P-I特性曲线
•     2.5.2 驰豫振荡
•     2.5.3 阈值电流
•   2.6 本章小结
• 第三章 相移光栅的设计与优化
•   3.1 ALDS仿真
•   3.2 光栅类型的选取及位置的确定
•   3.3 取样光栅的研究
•     3.3.1 理论模型
•     3.3.2 结果分析
•     3.3.3 引入取样光栅的意义
•   3.4 相移光栅设计与优化
•     3.4.1 引入多相移
•     3.4.2 引入分布相移
•     3.4.3 同时引入多相移和分布相移
•     3.4.4 光栅结构的优化
•     3.4.5 耦合系数的选定
•   3.5 本章小结
• 第四章 半导体激光器芯片的生长与制备
•   4.1 芯片制备材料的选取
•   4.2 制备工艺介绍
•     4.2.1 MOCVD外延生长概述
•     4.2.2 E-beam和低损伤ICP干法刻蚀技术概述
•   4.3 半导体激光器芯片的制备
•     4.3.1 制备流程
•     4.3.2 外延片生长工艺
•     4.3.3 光栅的制作与优化
•   4.4 本章小结
• 第五章 半导体激光芯片测试
•   5.1 非线性失真度的测量
•   5.2 光电特性参数的测量
•   5.3 阈值电流的测量
•   5.4 频响带宽测试
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王文鑫

导师: 吕玉祥

关键词: 激光器,光栅

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 太原理工大学

基金: 国家高新技术发展计划项目“高线性激光器和高饱和功率光探测器阵列芯片”(项目编号:2015AA016901)

分类号: TN248.4

总页数: 87

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