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氧化锌单晶DFB半导体激光器的设计与分析

激光与红外 2015年第9期45卷 1045-1048页

作者：杨海艳胡芳仁郑煌晏朱敏杰陈凯文南京邮电大学光电工程学院江苏南京210023

基于严格耦合波理论(RCWA)和介质平板波导理论,针对光通信中的1550 nm波长,设计了一种基于氧化锌(Zn O)单晶的分布反馈式(DFB)半导体激光器的光栅结构,分析了二维电场模式图以及激射波长线宽图,得到了光栅结构的变化对其单纵模传输的影... 详细信息

基于严格耦合波理论(RCWA)和介质平板波导理论,针对光通信中的1550 nm波长,设计了一种基于氧化锌(Zn O)单晶的分布反馈式(DFB)半导体激光器的光栅结构,分析了二维电场模式图以及激射波长线宽图,得到了光栅结构的变化对其单纵模传输的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为489 nm,占空比为50%,光栅深度为400 nm时,全局电场能量达到了8.3×107J,光谱线宽小于0.1。该激光器具有很好的窄线宽输出以及波长选择特性。理论分析与仿真结果基本一致为后期进行该器件的制备提供了较好的参考。

关键词：严格耦合波理论 DFB半导体激光器氧化锌单晶 1550 nm波长

基于氧化锌单晶的DFB半导体激光器的设计与分析

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基于氧化锌单晶的DFB半导体激光器的设计与分析

作者：杨海艳南京邮电大学

学位级别：硕士

本文开展了对1550nm光通信波段的氧化锌单晶分布反馈半导体激光器的研究。DFB激光器具备资源丰富、稳定性好、低损耗、窄线宽等优点,已经成为下一代光传输系统的重要光源器件之一。本文首先针对新型DFB激光器谐振腔结构,建立了基于氧化... 详细信息

本文开展了对1550nm光通信波段的氧化锌单晶分布反馈半导体激光器的研究。DFB激光器具备资源丰富、稳定性好、低损耗、窄线宽等优点,已经成为下一代光传输系统的重要光源器件之一。本文首先针对新型DFB激光器谐振腔结构,建立了基于氧化锌单晶的DFB激光器谐振腔二维稳态数学模型,结合耦合波理论及介质平板波导理论计算DFB激光器关键结构参数及单模输出条件,重点探讨了不同光栅占空比、光栅高度、光栅宽度及光栅周期对1550nm激光谐振峰的影响,分析了谐振腔内光栅的不同结构对DFB激光器的谐振特性的影响,以及讨论了不同半导体材料光栅结构对激光器的波长选择相关性。其次本文利用DFB激光器光栅阶数特性,设计仿真了新型二阶光栅激光器谐振腔的输出特性,实现了对传输波长旁瓣的抑制,有利于减小器件的线宽,保证了稳定的单模传输,可应用于目前先进调制方式中。为了进一步实现加工过程中减少对氧化锌单晶的损伤,本文提出了一种利用光刻胶制备氧化锌DFB激光器方案,并且讨论了其谐振特性,在指标相同的情况下,这种新型氧化锌DFB激光器不仅可以实现1550nm波长窄线宽的光谱输出,还具备光刻胶材料微加工技术较成熟使得晶体不易损伤的优点。最后利用Optisystem 7.0软件针对新型DFB激光器应用于非归零码(NRZ)的XFP(光收发模块)传输系统进行模拟仿真。通过仿真结果可得消光比为12dB,眼图清晰张开。

关键词：氧化锌单晶分布反馈激光器多物理场仿真 1550nm波长

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氧化锌基压电拓扑声子晶体研究

氧化锌基压电拓扑声子晶体研究

作者：项志豪华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,引入拓扑相关概念的声子晶体受到了广泛的关注与研究。拓扑声子晶体边界上的波传输受到拓扑特性保护,具有低损耗特性和对反射散射、缺陷、无序等干扰的强鲁棒性。实现声子晶体的微型化与丰富的传输特性对基于声子晶体的声学器件... 详细信息

近年来,引入拓扑相关概念的声子晶体受到了广泛的关注与研究。拓扑声子晶体边界上的波传输受到拓扑特性保护,具有低损耗特性和对反射散射、缺陷、无序等干扰的强鲁棒性。实现声子晶体的微型化与丰富的传输特性对基于声子晶体的声学器件向智能化、电声集成化发展有重要意义。但目前很多拓扑声子晶体的研究只在大体积结构中实现简单的边界态传输,这限制了拓扑声子晶体在声学器件上的应用。针对此问题,本研究基于氧化锌压电单晶,以谷霍尔效应为理论基础设计了拓扑结构,并通过激光飞秒刻蚀方法研制了片上氧化锌基压电拓扑声子晶体,设计了声/电拓扑逻辑门,实现了鲁棒性的拓扑弹性波传输以及波传输的调控与电学监测,为电声集成器件的设计与研制提供了新思路,主要内容如下:首先,基于氧化锌单晶设计了拓扑声子晶体。通过改变三棱柱的旋转角度,打破结构镜像对称性,实现了单胞结构的能带反转与谷拓扑相变。并通过计算不同拓扑相声子晶体边界的投影能带得到了边界态,研究了多种不同边界路径上的弹性波传输特性及其鲁棒性。同时利用氧化锌单晶的压电效应,理论分析了与拓扑弹性波传输相关的电学特性,为实现压电拓扑声子晶体中弹性波传输的调控与电学监测奠定了理论基础。其次,利用飞秒激光刻蚀方法,实现了片上氧化锌基拓扑声子晶体的研制。基于飞秒激光刻蚀原理,研究了激光能量对氧化锌单晶刻蚀深度和刻蚀底面平整度的影响,并通过优化飞秒激光刻蚀模型与加工参数,达到了最佳的刻蚀效果,研制出了基于氧化锌单晶的片上拓扑声子晶体。最后,采用激光多普勒测振技术,探究了氧化锌基拓扑声子晶体的弹性波传输特性。研究了声子晶体中体态、交叉路径、垂直交叉路径的弹性波传输,并通过调控弹性波传输实现了声学逻辑门。此外,研究了与拓扑弹性波传输相关的电学响应特性,并实现了声学逻辑门电学输出,达到了拓扑声子晶体中弹性波传输调控与电学监测的效果。

关键词：声子晶体声学谷拓扑压电拓扑氧化锌单晶

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ZnO单晶的生长表面形貌及形成机制研究

人工晶体学报 2014年第7期43卷 1668-1671页

作者：王茂州曾体贤胡永琴彭丽萍王雪敏吴卫东中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室绵阳621900 西华师范大学物理与电子信息学院南充637009

采用石墨辅助化学气相传输法生长了ZnO单晶体。利用XRD、金相显微镜和扫描电镜等对晶体结构和表面形貌进行研究,发现其表面由大量六边形台阶堆垛而成,单个晶粒呈六方伞状结构并始终显露(001)面。同一平面内台阶的大小、陡峭程度存在差异... 详细信息

采用石墨辅助化学气相传输法生长了ZnO单晶体。利用XRD、金相显微镜和扫描电镜等对晶体结构和表面形貌进行研究,发现其表面由大量六边形台阶堆垛而成,单个晶粒呈六方伞状结构并始终显露(001)面。同一平面内台阶的大小、陡峭程度存在差异,台阶之间为平行走向。通过形成机制分析,获得生长体系的过饱和度συ约为7%,发现生长表面的腐蚀形貌为六边形平底蚀坑,确定在化学气相法中ZnO单晶呈台阶生长的主要条件是螺旋位错。

关键词：氧化锌单晶化学气相法表面形貌生长机制

ZnO单晶的KOH碱液法生长和表征(英文)

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硅酸盐学报 2010年第2期38卷 338-341页

作者：张素芳王继扬姚淑华 BOUGHTON Robe I 郑昌成徐士杰山东大学晶体材料国家重点实验室济南250100 衡水学院化工学院河北衡水053000 博林格林州立大学天文和物理学系俄亥俄博林格林43403 香港大学物理系中国香港999077

采用自发成核方法,以KOH碱液作助熔剂,在银、镍和铁坩埚中分别生长了透明、棕绿色和棕色的纤维锌矿氧化锌单晶。X射线衍射和电感耦合等离子体原子发射光谱分析表明:晶体的颜色与所含的杂质有关,这些杂质来源于所使用的坩埚。采用光致发... 详细信息

采用自发成核方法,以KOH碱液作助熔剂,在银、镍和铁坩埚中分别生长了透明、棕绿色和棕色的纤维锌矿氧化锌单晶。X射线衍射和电感耦合等离子体原子发射光谱分析表明:晶体的颜色与所含的杂质有关,这些杂质来源于所使用的坩埚。采用光致发光(photoluminescence,PL)光谱对所生长的晶体进行了表征,结果显示,从银坩埚中生长的氧化锌晶体质量较高,其室温下用325nm波长光激发的PL光谱显示381nm强的紫外发射峰。在此基础上,从200mL银坩埚中生长出了尺寸为φ3mm×34mm氧化锌晶体。

关键词：氧化锌单晶晶体生长氢氧化钾光致发光熔盐法

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激光辐照对氧化锌光谱学性能的影响

光散射学报 2013年第1期25卷 42-45页

作者：赵艳刘洁蒋毅坚北京工业大学激光工程研究院北京100124

本文以拉曼光谱,PL光谱等表征手段研究准分子激光辐照氧化锌晶格微结构及其光谱性能的影响。当能量密度超过一定阈值时,会造成晶格畸变,诱导产生附加的拉曼振动模式:布里渊区A点的TA模,位于70cm-1左右以及500～600cm-1之间的LO模。准分... 详细信息

本文以拉曼光谱,PL光谱等表征手段研究准分子激光辐照氧化锌晶格微结构及其光谱性能的影响。当能量密度超过一定阈值时,会造成晶格畸变,诱导产生附加的拉曼振动模式:布里渊区A点的TA模,位于70cm-1左右以及500～600cm-1之间的LO模。准分子激光辐照与未辐照区之间存在晶格畸变逐渐减弱的过渡区。采用共聚焦的方法,Z-向逐点扫描,可以估算一定激光能量密度下,辐照对氧化锌材料的影响区深度。

关键词：激光辐照氧化锌单晶拉曼 PL谱

亚波长ZnO单晶导模共振光栅滤波器的结构设计与仿真分析

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亚波长ZnO单晶导模共振光栅滤波器的结构设计与仿真分析

作者：陆志成南京邮电大学

学位级别：硕士

基于亚波长结构的导模共振光栅滤波器具有高衍射效率、低旁带、带宽可控、参数敏感等理想特性,并且尺寸较小易于集成,是近几年前沿光通信器件领域的研究热点,能够推动未来光通信系统的发展。制备出具有优良滤波性能的导模共振光栅滤波... 详细信息

基于亚波长结构的导模共振光栅滤波器具有高衍射效率、低旁带、带宽可控、参数敏感等理想特性,并且尺寸较小易于集成,是近几年前沿光通信器件领域的研究热点,能够推动未来光通信系统的发展。制备出具有优良滤波性能的导模共振光栅滤波器的关键在于选择低损耗、鲁棒性好的的光栅介质材料。ZnO是具有代表性的第三代宽禁带半导体材料,具备非常优异的物理化学和电光特性。以ZnO单晶制备的器件相较于第二代半导体材料器件性能更佳,有潜力在未来逐渐替换目前成熟的Ga N等半导体光电器件。因此本论文选取ZnO单晶作为光栅介质材料,利用迭代优化参数的方法来模拟仿真高性能的导模共振光栅滤波器并在此基础上对其进行参数分析和可调谐设计。论文首先简单介绍了ZnO材料的特性与单晶生长方式,接着概述衍射元件的研究背景,并举例说明了国内外导模共振光栅滤波器设计与制备的研究现状。其后详细阐述了严格耦合波理论和等效介质理论并对单层和多层光栅等效波导模型进行分析。主要设计了共振波长在1315nm处的单双层ZnO单晶亚波长结构反射型光栅滤波器,在此基础上还设计了多层反射型和透射型光栅滤波器。利用Mathematic和RSoft软件对所设计的光栅滤波器进行了计算和仿真分析,结果显示ZnO单晶光栅均较好地呈现出高衍射率、两侧低旁带、窄带可控等滤波特性,有潜力在未来微光学中的得到广泛应用。此外还设计了一种悬空光栅折射率传感器结构以及分离式空气间隙层可调谐光栅结构。分析了共振条件对于导模共振效应的影响,并进行了相关共振峰位置可调谐设计。分析结果表明:调制系数影响耦合强度,从而对光谱线型产生影响;弱调制模式下占空比为0.5时,线宽具有最大值。强调制模式下占空比只有在大于0.8时才会出现高衍射峰;光栅厚度和波导厚度影响旁带和共振波长,覆盖层厚度对共振波长几乎没有影响;改变入射角度和光栅周期可对共振峰位置进行精确调谐。

关键词：氧化锌单晶亚波长结构导模共振效应衍射光栅可调谐光栅滤波器

基于n-ZnO/p-AlGaN结构DFB激光器的设计与分析

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基于n-ZnO/p-AlGaN结构DFB激光器的设计与分析

作者：王斐南京邮电大学

学位级别：硕士

随着互联网的高速发展,对信息传输的速度要求更高,光通信在远距离高速通信中扮演着越来越重要的角色。分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser,DFB)凭借其出色的性能,在许多方面有着广泛应用,如信息存储、固态照明、生物检测、能... 详细信息

随着互联网的高速发展,对信息传输的速度要求更高,光通信在远距离高速通信中扮演着越来越重要的角色。分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser,DFB)凭借其出色的性能,在许多方面有着广泛应用,如信息存储、固态照明、生物检测、能量转换和光谱分析等。氧化锌(Zinc Oxide,ZnO)已经成为一种重要的用于制备光电器件的半导体,但到目前为止,还没有基于ZnO单晶的电泵浦DFB激光器的报导。本文根据严格耦合波理论和介质平板波导理论设计了ZnO基DFB激光器,结合理论分析和仿真,探讨了影响DFB激光器出射效果的因素,并据此找到了1550nm波长出射的最佳光栅参数,同时在其基础上首次提出n-ZnO/p-AlGaN电泵浦DFB激光器。通过有限元仿真软件Comsol和Anderson能带模型研究了n-ZnO/p-AlGaN界面能带构造、穴/电子复合发射光子机理,分析了载流子的复合会被限制在n-ZnO一侧的原因,同时仿真出DFB激光器的伏安特性曲以及器件的阈值电压。本文利用该激光器发光二极管(Light Emitting Diode,LED)异质结的发光机理,研究并设计近紫外光波长发射的单晶n-ZnO/p-AlGaN电泵浦DFB半导体激光器的光栅具体参数,研究了光栅高度,光栅周期和光栅占空比对器件的重要影响。这为解决高质量稳定的p型ZnO的制备难题提供了一条路径,同时为电泵浦的ZnO基DFB激光器提供了有意的参考。

关键词：氧化锌单晶电泵浦分布式反馈激光器近紫外光

BNU400离子注入机IBIL测量装置的建立及其应用

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BNU400离子注入机IBIL测量装置的建立及其应用