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二阶光栅分布反馈半导体激光器的研制

二阶光栅分布反馈半导体激光器的研制

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作者：叶淑娟中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,自由空间的光通信、相控阵激光雷达等许多新领域,对高功率,窄线宽、小发散角的相干激光的需要越来越大,致使近年来改善高功率激光器的光束质量成为一个热门课题。二阶光栅分布反馈半导体激光器(DFB-ld)依靠二阶光栅... 详细信息

随着科学技术的发展,自由空间的光通信、相控阵激光雷达等许多新领域,对高功率,窄线宽、小发散角的相干激光的需要越来越大,致使近年来改善高功率激光器的光束质量成为一个热门课题。二阶光栅分布反馈半导体激光器(DFB-ld)依靠二阶光栅特殊的衍射效应,实现模式控制和表面、端面出光,得到高功率,高光束质量的面发射分布反馈半导体激光器(sedfb-ld)和宽条型二阶分布反馈半导体激光器(DFB-ld)。本文主要完成了结构设计,理论分析,数值模拟和光栅的制作等工作,为以后的相关工作提供了有益的参考。为实现上百上千瓦的高功率、高光束质量相干激光,本文分析了被动锁相和主动锁相的优缺点,设计出了两种结构简单,集成度高的锁相结构,即互注入锁相sedfb-ld阵列和单片集成外腔锁相sedfb-ld阵列。此外,为改善半导体激光器横模和纵模特性,把侧向周期性变化的光栅结构和曲线型光栅引入半导体激光器,制成新型器件。用修正的耦合模理论和传递矩阵模型对二阶DFB-ld进行了理论分析。并对出射波长为940nm的二阶DFB-ld进行模拟,得到占空比σ.4时,光子密度在腔内分布比较均匀,边模抑制比达到46dB。当σ=0.4时,表面发射的外微分量子效率达到20%,远场发散角达到0.2°(1.5倍的衍射极限);当σ=0.43时,端面发射的外微分量子效率达到40%。因此,可以分别制作占空比为0.4的sedfb-ld和0.43的DFB-ld。结合边发射半导体激光器和垂直腔面发射半导体激光器的制作工艺,加入二阶光栅制作步骤,给出了一套完整的二阶DFB-ld的制作工艺流程。在激射波长为940nm的芯片上,利用波长为355nm双光束曝光系统进行全息光刻,在1HCl:1H3PO4:30H2O的腐蚀液中常温腐蚀80s,得到深度为70nm的均匀正弦光栅条纹,为下一步器件的制作奠定了基础。

关键词：二阶光栅分布反馈半导体激光器 sedfb-ld DFB-ld 高功率高光束质量

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