一、Fabrication of EAM-Integrated DFB Lasers With A Coupling Waveguide（论文文献综述）
阮春烤[1]（2021）在《基于表面周期性电注入的770nm与795nm增益耦合DFB半导体激光器的研究》文中指出随着5G通信、大数据、云计算、物联网等的迅猛发展,具有使用寿命长、成本低、体积小、重量轻、可靠性高、功耗低等优点的半导体激光器得到了广泛的应用,尤其是具有稳定性高、单频特性好、窄线宽、波长可调谐的分布反馈（DFB）半导体激光器。在法布里-珀罗（FP）激光器的基础上,引入周期性的折射率微扰,对激光器折射率的实部（折射率耦合型）或者虚部（增益耦合型）进行周期性的调制,从而实现激光器的单纵模激射输出,被称为DFB半导体激光器。折射率耦合型DFB半导体激光器存在本征的双模式激射问题,可以通过引入额外的1/4波长相移光栅等方法来解决,从而实现激光器的单纵模激射,然而还需要蒸镀高质量的腔面膜来解决自然解理引起的模式串扰问题,并且需要二次外延生长等高精密技术。传统的增益耦合DFB激光器虽然也能得到单纵模激射,但是仍然需要二次外延技术与纳米尺寸的光栅制备技术等高精密技术。本文利用i-line光刻技术,制备了增益耦合型DFB半导体激光器,不需要二次外延技术与纳米尺寸光栅制备技术等高精密技术,成本大大降低,并且制备的器件单模可调谐范围比相同条件下的一般DFB激光器大数倍。本文主要研究增益耦合DFB半导体激光器的结构设计、器件制备、以及结构分析,具体研究内容与成果如下:（1）采用传输矩阵与耦合波理论法,对表面高阶光栅DFB半导体激光器的波导结构进行了光学特性的理论分析。结合PICS3D、COMSOL Multiphysics等软件的仿真模拟计算,为器件结构参数的设计与优化提供了坚实的理论基础。（2）利用表面高阶光栅,实现了激射波长770 nm附近的Al Ga As双量子阱增益耦合DFB半导体激光器的单纵模激射。利用表面光栅技术与i线光刻技术,没有使用复杂的二次外延技术与纳米级的光刻技术,器件制备技术简单,成本低。使用周期性的电流注入技术,形成了增益耦合机制,得到了激射波长在770 nm附近的DFB半导体激光器。把器件解理成bar条后,分别镀上高反膜与增透膜（HR>99%,AR<0.5%）,然后再解理成单管器件。在20℃的测试温度下,我们器件的最大输出功率可达116.8 m W,最大SMSR可达36 d B,3d B线宽为0.26pm（128 MHz）。（3）不刻蚀光栅,利用i线光刻技术在激光器的脊型波导上制备周期性电极,形成表面周期性电流注入技术,制备出了激射波长770 nm的Al In Ga As单量子阱增益耦合DFB半导体激光器,该器件的最大输出功率116.3 m W,SMSR最大可达33 d B,3d B线宽为1.78 pm。（4）利用表面周期性电流注入技术,实现了激射波长795 nm的Al In Ga As双量子阱增益耦合DFB半导体激光器的单纵模激射。利用i线光刻技术,在激光器的脊型波导上制备周期性电极,使周期性电注入在有源区形成增益对比,最后得到增益耦合DFB半导体激光器,该器件没有使用昂贵的二次外延技术与纳米级的光刻技术,制备技术简单,成本低。在20℃时,器件的最大输出功率为50.89m W,最大边模抑制比为34.56 d B。并且器件的单模可调谐范围大,调谐范围达到12.792 nm。波长随温度变化斜率为0.401 nm/℃（一般DFB激光器的变化斜率都小于0.1 nm/℃）,和FP激光器相当,即该器件既拥有DFB激光器的单模激射性能,也拥有FP激光器的宽调谐性能。
邓灿冉[2]（2021）在《基于RSOA的器件特性优化及其应用于WDM-PON中ONU的传输特性》文中指出随着第五代移动通信技术的发展,蓝光视频的直播[1]、高清移动视频通话[2]、超清交互式网络电视[3]等相关宽带业务在不断地更新和普及现代社会的生活方式。同时新技术对移动网络所要求的带宽需求也在日益爆炸增长,这一现象对目前光通信技术中的数据传输速度和传输容量发起了巨大的挑战。对应的,相关行业的研究开发人员也在对周边配套设施和架构等新型关键应用技术进行不断的创新和应用。其中,拓宽光网络传输系统容量和最大化单位带宽的利用率是目前亟待突破的重要问题之一。基于在光纤传输系统中,反射型半导体光放大器（Reflective semiconductor optical amplifier,RSOA）作为体积小、成本低、易集成和低功耗的调制器,凭借及调制和放大一体的功能,完美契合目前光网络单元中调制器的要求。此外,合理地利用调制器的啁啾可以达到延长传输距离以及弥补传输损耗的功能,对调制器的设计和制作也有着指导性的意义。本论文的研究重点是半导体光放大器（Semiconductor optical amplifier,SOA）的调制和放大特性,并对集成半导体器件的啁啾特性加以研究分析。全文的主要工作内容分三个部分,具体结构有如下所示:1、在现有的SOA宽带稳态模型以及高效稳态模型的基础上,修改了RSOA中的有源区部分结构,并在建模中修改了参数,使模型更符合RSOA的工作原理。并在模拟中采用多阶迭代算法来更准确地计算RSOA处于工作区间时的有源区载流子浓度,使得模拟结果和数据更加精确。最后研究了偏置电流和前端输入光功率对RSOA的增益以及噪声指数的影响。2、设计了一种以不归零码型为上下行信号传输格式,基于SOA直接调制上行的DWDM-PON系统,并对不同传输速率下单光网络单元（Optical network unit,ONU）传输系统和多ONU的双向传输系统的进行了仿真模拟,并对结果进行分析和比较以验证可行性。仿真测试结果表明,该方案在直接检测的条件下上下行接受灵敏度分别可达-27.6d Bm和-32.5d Bm,可广泛应用于低成本的密集波分复用无源光网络（Dense wavelength division multiplexing-Passive optical network,DWDM-PON）领域。3、介绍了啁啾效应的原理以及啁啾的产生对光信号的影响,研究并讨论了常用调制技术的原理,对三种常见的调制器件的原理和优缺点进行了讨论。通过搭建仿真链路实现了对这三种调制器在调制中产生啁啾的观测,并分析和对比了这几种调制器在啁啾效应方面的优缺点,并在此工作基础上对电吸收调制器（Electro-absorption modulator,EAM）进行了10Gbit/s信号速率下的长距离传输性能仿真。
袁飞[3]（2021）在《高速光电子/光子器件频响特性精细表征技术研究》文中提出5G时代的正式开启,以及光传感和光信息处理等领域的快速发展,对光电子及光子器件的集成度和器件特性指标提出了更高的要求,频响特性作为器件的关键工作指标迫切需要进行高精度和多维度的表征。传统光谱分析方法,受限于光栅的分辨率无法实现高精度频响特性表征,基于光信号调制的电信号分析方法将光信号转换至电域进行处理,得益于电谱的高分辨率,这种方法有望实现高精度的器件幅频响应和相频响应的表征,对器件的设计、制作和应用具有重要的意义。本文围绕光通信和微波光子系统中的核心器件窄带光滤波器、电光调制器、集成电吸收调制激光器的频响特性表征技术进行了研究。主要研究内容如下:（1）针对窄带光滤波器中光纤尾纤和自由空间光耦合而引入的附加相移湮没器件相频响应且无法通过校准消除从而导致无法对器件相频响应高精度表征的问题,提出了基于Kramers-Kronig关系与Wiener-Lee变换的器件本征相频响应恢复算法,该算法通过测量器件的幅频响应即可对器件的相频响应进行恢复。算法利用响应函数实部与虚部之间的Kramers-Kronig关系,并结合Kramers-Kronig关系中的最小相移条件和Wiener-Lee变换中幅频响应为偶函数的条件,通过构造过渡响应函数实现本征相频响应的恢复。在仿真验证了算法的可行性后,分别测量了非零色散位移光纤、单模光纤中受激布里渊增益,以及相移光纤光栅阻带的幅频响应和相频响应,进而通过算法恢复了器件的本征相频响应,对算法进行了验证。在此基础上,将算法推广至微波器件的频响特性表征,成功恢复了微波带通滤波器和90度电桥的相频响应,该算法可有效提升微波器件的测量效率并降低测量成本。最后,对算法的误差和适用范围进行了讨论。（2）针对基于逐点扫描的频谱响应特性表征方案中,测量时间随测量精度和带宽提高而增加的问题,提出了一种基于微波光子扫频的超快、高精细光学矢量分析技术方案。通过线性调频信号驱动双平行马赫-曾德尔调制器产生宽带、高线性度光学线性扫频信号,用于实现待测器件频响特性的快速扫描,并通过外加单音本振微波信号进行下变频,实现低频数字化探测。最终,基于数字域内的希尔伯特变换获得待测器件的幅频响应和相频响应。该方案实现了对一段3 km非零色散位移光纤中受激布里渊增益和相移光纤光栅阻带频响特性的高精度、超快表征,频率分辨率达到20 k Hz,测量时间仅需20μs。（3）针对高速电光调制器频响特性表征的自外差分析法,存在探测器不平坦响应引入的误差、需要高频探测以及需要使用多个微波源的问题,提出了一种基于双频信号下变频的高速电光调制器频响特性高精度表征技术方案。该方案由耦合器和声光移频器产生双频光载波信号,进而通过单音调制下的抑制载波光双边带调制产生双频探测信号。在光电探测器中对携带调制器频响信息的双频探测信号进行下变频,实现了固定低频探测,且消除了探测器不平坦响应引入的测量误差,最终通过提取电域内的幅度信息实现高速电光调制器的频响特性表征。此外,通过扣除调制器输入微波功率的起伏对测量结果进行了校准,实现了对高速电光调制器频响特性的高精度表征。该方案在有效减少测量误差的同时降低了探测成本并提升了探测效率。最后,分别从测量方案的误差传递因子和调制器输出光场的解析表达式出发,仿真并分析了调制器输入微波功率起伏和非理想消光比引入的测量误差。（4）对集成电吸收调制激光器内部光电相互作用的表征技术进行了研究,并建立了一个电-电-光的三端口网络以表征其频响特性。从激光速率方程和量子限制Stark效应出发,通过数学推导建立了DFB激光器和电吸收调制器的本征电路模型,进而将其本征网络与寄生网络组合从而建立了集成电吸收调制激光器的三端口网络等效电路模型。根据集成电吸收调制激光器S参数的测试结果,通过迭代计算获得了等效电路模型中各个元件的参数值,并对集成电吸收调制激光器的S11、S22、S31、S32、S12、S21参数进行了仿真,其中S12、S21参数表征了器件内部的光电相互作用,实现了对集成电吸收调制激光器内部光电相互作用的表征。最后通过改变等效电路模型中影响光电相互作用的元件参数（受控系数K、耦合电容Cg、耦合电阻gR）对器件内部的光电相互作用进行了仿真和分析,为集成器件的设计和应用提供了一种有效的分析方法。
朱海卿[4]（2020）在《太赫兹主控振荡-功率放大量子级联激光器的幅度、偏振与轨道角动量调控》文中指出太赫兹量子级联激光器（THz-QCL）具备高功率、窄线宽、频率可调谐以及易集成的特点,在无损检测、安全检查、显微技术、生物医学与通信方面有着重要的应用价值,是一种理想的太赫兹源。随着太赫兹应用的快速发展,对高性能、高集成度、功能多元化的THz-QCL需求日渐增加。本论文着重围绕太赫兹主控振荡-功率放大量子级联激光器（THz-MOPAQCL）展开系统的研究。由于太赫兹波的产生与辐射在主控振荡-功率放大结构中是分立的,因此MOPA结构是操控太赫兹波频率、幅度、偏振与轨道角动量的理想平台。本论文建立了描述THz-MOPA-QCL增益饱和效应的模型以分析功率放大过程,提高输出功率与光束质量。在此基础上,采用光栅耦合器代替解理腔面,设计了一种可以对自由空间太赫兹波进行功率放大的量子级联放大器。采用二维天线阵列作为耦合器,实现了偏振态可控的THz-MOPA-QCL。通过集成了周期性散射元的谐振环调控出射光的轨道角动量,实现了直接出射矢量涡旋光的THz-MOPA-QCL。代表性的创新点如下:1)基于量子级联激光器的载流子速率方程,建立了THz-MOPA-QCL模型,描述了太赫兹量子级联激光器中的增益饱和效应,预测了材料和结构参数对激光器输出功率的影响。计算与实验结果的一致性证明了模型的有效性。基于该模型,我们系统地分析了THz-MOPA-QCL中的功率放大过程,提出了MOPA结构的设计准则。所研制的THz-MOPA-QCL实现单模激射,边模抑制比达到23dB,77K脉冲模式峰值输出功率达到153m W,电光转换效率为0.22%,发散角为～6°’16°。2)提出了对自由空间太赫兹波进行功率放大的太赫兹量子级联放大器。放大器由接收器、放大区与发射器组成,接收器与发射器采用衍射光栅代替解理腔面,具备高耦合效率与低反射率,可以有效地抑制自激振荡并提高信号强度。初步的实验结果表明,尽管太赫兹量子级联放大器发生了自激,但阈值电流密度显着高于相应的法布里-珀罗（FP）腔激光器。3)实现了精确控制出射光频率与偏振态的THz-MOPA-QCL。偏振可控的MOPA器件由一级分布反馈激光器、预放大区与二维天线阵列组成。一级分布反馈激光器采用掩埋光栅结构,作为种子光源。二维天线阵列每个单元包含一个或两个磁偶极子天线,天线的指向与天线间的相位关系决定了出射光的偏振态。优化的二维天线阵列具备高辐射效率与低反射率,避免了在天线阵列中引发光场振荡或对DFB部分模式振荡产生影响。所研制的器件实现单模激射,边模抑制比达到26d B,发散角为～23°’30°,不同器件的线偏振度与圆偏振度分别达到97.5%与99.3%。器件的激光频率与偏振态都是光刻可调的。4)实现了轨道角动量可控的THz-MOPA-QCL,激光器由一级分布反馈激光器、传输波导与谐振环组成。一级分布反馈激光器提供种子光源,传输波导将太赫兹光耦合进入谐振环。谐振环采用周期性的双空气狭缝作为散射元,利用双狭缝引发反射波间的相干相消有效地降低谐振环的反射率,保证谐振环中太赫兹波的单向传播,最终将高轨道角动量模式纯度的矢量涡旋光辐射至自由空间。所研制的激光器实现单模激射,工作在一级分布反馈激光器的模式上,远场图案呈中空环状分布,出射光左旋/右旋圆偏振分量的拓扑荷数分别为+3与+1,轨道角动量模式纯度分别为61.5%与85.5%。最后,对进一步提高THz-MOPA-QCL性能,以及实现对太赫兹光的幅度、偏振与相位更精确的调控等研究方向提出了设想。
庄圆[5]（2020）在《扩展传输距离的V型腔可调谐激光器研究》文中进行了进一步梳理近年来,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。
刘功海[6]（2020）在《高速直接调制分布反馈激光器的研究》文中进行了进一步梳理随着移动互联网、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。
吴义涛[7]（2020）在《波导布拉格光栅在无源滤波器和半导体激光器中的应用研究》文中研究指明全球信息技术正处于创新活跃期,在新型业务及应用的驱动下,数据流量呈爆发式增长,对底层互联系统和器件在带宽、容量、成本及功耗方面均提出了严峻的挑战。为了实现全波段、高速率、大容量和智能化的光网络运作,光子技术与电子技术相同,集成化成为了必然的趋势,这样可以在降低分立器件的体积、功耗、成本的同时,还获得了性能的提高。目前主流的光子芯片的材料体系有铟磷基材料、硅基材料及氮化硅材料等。波导布拉格光栅（Waveguide Bragg grating,WBG）作为一种滤波装置具备体积小、集成度高等特点,在光子集成芯片中具有重要的用途并得到了广泛的研究,通过改变光栅的周期、折射率变化、相位等参数可以实现各种不同的光谱响应。目前,布拉格波导光栅已经广泛应用于各种有源/无源器件,如激光器、调制器、模式转换器等,并随着对器件性能要求的提高,对光栅的设计也提出了更高的要求,希望光栅的体积更小、制作工艺更简化、性能更优等。本文分别介绍了WBG在无源滤波器以及半导体激光器中的应用。介绍了WBG的仿真方法,并通过该方法对几种典型结构的WBG进行仿真计算,根据计算结果对其性能进行了研究讨论;之后介绍了分布反馈式（Distributed feedback,DFB）激光器在频域和时域中的仿真模型,并通过该模型计算对不同结构的WBG在DFB激光器中所产生的影响进行研究,另外还介绍了DFB激光器的后续工艺制作;在前面两部分的研究基础上,本文分别提出了两种新型片上集成的无源器件结构和有源器件模型:1、本文提出了一种基于交错光栅的片上集成窄带反射器（Narrowband reflector,NBR）并给出理论依据,该NBR主要由单模波导（Single-mode waveguide,SM-WG）、锥形波导（Taper）、相移交错光栅（πphase shifted antisymmetric Bragg grating,π-PS-ASBG）以及均匀光栅（Uniform Bragg grating,UBG）四个部分组成。π-PS-ASBG可以实现TE0模与TE1模之间的转换,使得透射光为TE0模,反射光为TE1模,并且在布拉格波长处可以形成一个透射窗口,同时伴随着光的谐振;UBG当作一个反射镜用于反射从π-PS-ASBG透射过去的TE0模的光;SM-WG与Taper用于泄露高阶模式的光以保证获得纯净的TE0模的反射光。与传统的NBR不同的是,该结构的反射带宽随着光栅的耦合强度增加而降低,因此不需要增长光栅长度以弥补反射率的不足,增加了器件制作工艺的容忍度并且减小了整个器件的体积。根据计算,当光栅的长度为400μm时,器件的3-d B反射带宽为0.16 nm。此外,本文还通过对器件的各个部分进行仿真计算,经过优化获得最佳参数值,为后续研究奠定基础;2、本文提出了一种基于新型NBR的外腔反馈型窄线宽半导体激光器（Narrow linewidth semiconductor laser,NLSL）模型并给出理论依据,该NLSL模型主要由一段增益芯片与新型NBR通过模斑转换器（Spot size converter,SSC）耦合在一起,增益芯片出光口一端镀有一定反射率的反射膜,另一端与NBR相连,通过NBR滤波之后对某一特定波长进行谐振以满足单模激射条件。由于外腔NBR增加了整个器件的有效腔长,延长了光子的谐振时间,因此激光器的线宽被压窄。传统的片上集成NLSL通常采用的是弱光栅耦合的NBR,整个器件的尺寸达到毫米量级,而所提出的模型因为采用了新型的NBR,其尺寸可以减小至微米量级,易于后续多器件集成与封装。本文对该模型进行了严格的仿真计算,得出了该模型具有良好的单模特性以及可以产生平稳的功率输出,根据计算结果,该NLSL可以产生线宽低于10 KHz的单纵模激射光谱。此外,本文还对NLSL与NBR之间的耦合效率、NBR的反射率等参数对器件性能的影响进行了讨论分析,以获得最佳参数值。
陈敏[8]（2020）在《基于取样莫尔光栅的两段式半导体激光器研究》文中研究说明随着光通信的不断发展,更大规模、更快速度、更高容量的信息传输系统,正潜移默化地改变大众的生活。传统的分立的光子器件存在体积大、功耗高等缺点,不再适应光通信网络的需求。因此出现了能同时集成多种光子器件,且体积小的光子集成（Photonic Integrated Circuits,PIC）芯片。DFB半导体激光器单模特性好,是光通信系统和PIC芯片中常用的光源。目前PIC芯片多在硅基平台上制备,但光在硅波导中散射损耗较大,因此研究者考虑提高DFB半导体激光器的出光功率来补偿波导损耗。此外,DFB半导体激光器也是光谱吸收型气体检测系统常用的光源。由于气体吸收光谱很窄,因此对波长准确性的要求很高。例如在甲烷气体检测中,泛频带2ν3的宽度小于3.0 nm。所以在追求提高激光器出光功率的同时,还应保证激射波长的准确性。重构等效啁啾（Reconstruction Equivalent Chirp,REC）技术提出,采用取样光栅结构来代替真实结构,可以将激射波长的控制精度提高两个数量级。本文致力于提高激光器的出光功率和波长准确性,首先通过耦合模方程和修正的传输矩阵法,分析得到在波导取样莫尔光栅（Sampled MoiréGrating,SMG）的+1子光栅中可以等效实现莫尔光栅效应。即通过对取样周期、SMG长度、取样初相位差等参数的设计,可以同时引入π相移和切趾效应。随后我们制作了SMG-DFB半导体激光器,在两端面镀AR/HR膜来提高出光功率。封装后在25.0℃、700.0 m A下测试得到,激光器的出光功率都超过了170.0 m W。阈值电流平均为40.0 m A,斜效率在0.26～0.28 m W/m A之间。另外论文测试了不同温度下的P-I曲线,结果显示阈值电流与温度呈正比,斜效率与温度呈反比。基于SMG的优势,本文首次提出了在激光器中采用SMG-GR波导光栅结构,即在SMG一端集成光栅反射器（Grating Reflector,GR）来提高光反馈。在设计的SMG-GR-DFB半导体激光器中,SMG段为有源区,产生激射;而GR段仅以光栅反射器存在,为激射波长提供光反馈,本身不产生激射。激光器的两端面镀AR/AR膜,避免了HR膜引入端面随机相位。论文将SMG-GR-DFB激光器分别与SMG-DFB、π-EPS（Equivalent Phase Shift,EPS）-GR-DFB激光器进行了对比计算。仿真结果说明SMG-GR-DFB激光器具有更高的出光功率、良好的单模特性以及可以有效避免空间烧孔（Spatial Hole Burning,SHB）效应等优势。此外,SMG-GR的制备只需要全息曝光技术和微米级光刻,工艺成熟,成本低廉,便于规模化制备。具有这些优势的SMG-GR-DFB半导体激光器,有望在未来光通信系统、气体检测系统中得到实际应用。
杨涵婷[9]（2020）在《V型耦合腔带间级联激光器的研究及气体传感应用》文中认为中红外激光器在气体传感、环境监测、医疗诊断和工业过程控制等应用中有独特的优势,由于气体的吸收峰非常窄,因此激光器的单模特性至关重要,波长可调谐激光器还可以兼顾多种气体探测的需求。目前中红外能够实现单模输出的只有DFB激光器和外腔激光器,但是DFB激光器含有光栅,制作复杂、成本高且调谐范围只有几纳米,而外腔激光器体积大,不方便集成。V型腔激光器在近红外通信波段已经实现单模大范围调谐,并且无需光栅,成本低,波长切换简单。本文首次将V型耦合腔的概念引入带间级联激光器,以实现单片集成的单模波长大范围调谐的中红外激光器。带间级联激光器经过多年来的发展,已经在3-6μm波段实现了室温高效输出。但是与InP基材料相比,锑化物材料的工艺水平还不成熟,同时带间级联激光器具有非常多层的结构,垂直和横向电导严重不平衡,因此带间级联激光器采用深刻蚀波导（即刻蚀到有源层以下）以确保电流均匀注入每个级联台阶,这增大了带间级联激光器的制作难度。本文主要研究基于Ⅱ型量子阱锑化物带间级联材料的V型腔激光器的设计、制作与测试。首先我们介绍了实验中使用的带间级联材料及FP激光器的基本结构。通过对V型腔激光器结构和工作原理的研究,得到V型腔激光器的阈值条件,从而获得半波耦合器的主要设计指标,然后利用仿真软件对V型腔激光器的深刻蚀波导和耦合器结构进行仿真,优化激光器的结构尺寸,以获得大范围调谐的单模激光器。随后本文详细介绍了我们研究开发的锑化物激光器的工艺制作流程。着重研究了锑化物材料的刻蚀工艺以及钝化开窗工艺,制作了侧壁垂直的深刻蚀波导和刻蚀面;通过增加电隔离工艺和多次电极溅射工艺,解决了接触层薄的问题,并制作了镀金反射面;通过对整体流程的优化,最终成功制作了符合设计要求的锑化物V型腔激光器。然后本文介绍我们搭建的液氮温度下带间级联激光器的测试系统,以及对FP激光器基本结构和V型腔激光器的光电特性进行的表征。通过对FP激光器基本结构的测试,得到了波导损耗和材料的群折射率以及带间级联材料量子阱增益光谱随温度和注入电流的调谐特性。相比受限于光栅和增益谱的DFB激光器,带间级联V型耦合腔激光器利用注入电流的热效应,固定温度下实现了 35nm的波长调谐,同时通过改变热沉温度调谐范围可以扩展到60nm。调谐过程中边模抑制比最大为28dB,功率大于1mW。本文首次实现了中红外单片集成的单模大范围调谐带间级联激光器。由于中红外V型腔激光器还未能实现室温连续工作,我们搭建了基于近红外V型腔激光器的TDLAS多种气体传感系统,并利用标准气室对激光器进行了标定。实验结果表明直接吸收法对10%以上浓度的CO2气体和1%以下浓度的CO气体的信号强度随气体浓度变化的线性相关系数分别为0.994和0.976,波长调制法将后者提升为0.997,验证了波长调制法对TDLAS系统信噪比和灵敏度的提升。该系统显示了 V型耦合腔激光器单模波长可大范围调谐的性能在多种气体传感应用的优势,并为中红外V型腔激光器用于微量多种气体浓度检测提供了实验基础。
赵龚媛[10]（2019）在《单片集成的高速直调分布反馈激光器阵列》文中研究表明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。
二、Fabrication of EAM-Integrated DFB Lasers With A Coupling Waveguide（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、Fabrication of EAM-Integrated DFB Lasers With A Coupling Waveguide（论文提纲范文）
（1）基于表面周期性电注入的770nm与795nm增益耦合DFB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 高功率半导体激光器 |
| 1.1.1 单个发光点的高功率半导体激光器 |
| 1.1.2 多个发光点的高功率半导体激光器 |
| 1.2 窄线宽半导体激光器 |
| 1.3 半导体激光器在原子干涉陀螺仪的应用 |
| 1.4 半导体激光器在原子钟的应用 |
| 1.5 DFB半导体激光器 |
| 1.6 本论文的研究目的与研究内容 |
| 第2章 基于周期性电注入技术的半导体激光器工作原理 |
| 2.1 半导体激光器的基本原理 |
| 2.1.1 半导体激光器的工作物质 |
| 2.1.2 粒子数反转 |
| 2.1.3 谐振腔 |
| 2.1.4 阈值条件 |
| 2.2 半导体激光器的特性 |
| 2.2.1 半导体激光器的速率方程 |
| 2.2.2 效率特性 |
| 2.2.3 温度特性 |
| 2.2.4 半导体激光器的退化与寿命 |
| 2.3 分布反馈半导体激光器的理论分析 |
| 2.3.1 散射矩阵与传输矩阵理论 |
| 2.3.2 耦合模理论 |
| 2.3.3 周期性电流注入增益耦合DFB半导体激光器中的理论模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 周期性电注入半导体激光器的制备技术 |
| 3.1 半导体激光器的外延生长技术 |
| 3.2 光刻技术 |
| 3.3 刻蚀技术 |
| 3.3.1 刻蚀参数 |
| 3.3.2 干法刻蚀 |
| 3.3.3 湿法腐蚀 |
| 3.4 薄膜生长技术 |
| 3.4.1 电绝缘薄膜生长技术 |
| 3.4.2 欧姆接触电极薄膜生长技术 |
| 3.4.3 腔面光学薄膜生长技术 |
| 3.5 半导体激光器的制备工艺流程 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于表面光栅的增益耦合770 nmDFB半导体激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 激光器的结构设计和制造 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 770 nm纯增益耦合分布反馈布拉格半导体激光器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件的结构与制造 |
| 5.3 结果和讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 795nm激射的宽调谐纯增益耦合分布式反馈布拉格半导体激光器 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 器件的结构与制造 |
| 6.3 结果和讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 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RSOA的器件特性优化及其应用于WDM-PON中ONU的传输特性（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 发展历史和国内外研究现状 |
| 1.3 本课题的研究内容 |
| 第二章 反射型半导体光放大器的建模与模拟 |
| 2.1 反射型半导体光放大器的概述 |
| 2.1.1 反射型半导体光放大器的结构 |
| 2.1.2 反射型半导体光放大器的原理 |
| 2.2 反射型半导体光放大器的功率增益特性 |
| 2.3 反射型半导体光放大器的物理模型 |
| 2.3.1 反射型半导体光放大器的建模 |
| 2.3.2 理论模型的求解方法 |
| 2.4 基于反射型半导体光放大器的仿真结果及分析 |
| 2.4.1 RSOA中载流子密度分布及分析 |
| 2.4.2 RSOA输出谱和噪声指数 |
| 2.4.3 RSOA增益与噪声指数特性 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 适用于10Gbit/s的半导体光放大器调制的多ONU双向传输研究 |
| 3.1 DWDM-PON技术概述 |
| 3.1.1 DWDM-PON原理结构 |
| 3.1.2 DWDM系统的特点 |
| 3.2 SOA在光纤通信系统中的应用 |
| 3.2.1 SOA在光纤通信系统中的线性应用 |
| 3.2.2 SOA在光纤通信系统中的非线性应用 |
| 3.3 单ONU双向传输研究 |
| 3.3.1 单ONU的单向传输研究 |
| 3.3.2 单ONU的双向传输研究 |
| 3.4 多 ONU 双向传输研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 集成半导体器件的啁啾效应分析与10Gbit/s数据传输测试 |
| 4.1 啁啾效应的基础理论 |
| 4.2 直接调制与间接调制 |
| 4.3 分布式反馈激光器的啁啾观测及分析 |
| 4.3.1 DFB激光器的工作原理 |
| 4.3.2 DFB激光器的优点 |
| 4.3.3 DFB激光器的啁啾观测 |
| 4.4 电吸收调制器的啁啾观测及分析 |
| 4.4.1 电吸收调制器的调制原理 |
| 4.4.2 电吸收调制器的啁啾观测 |
| 4.5 铌酸锂马赫-曾德尔调制器的啁啾观测及分析 |
| 4.5.1 铌酸锂马赫-曾德尔调制器的调制原理 |
| 4.5.2 铌酸锂马赫-曾德尔调制器的啁啾观测 |
| 4.6 10Gbit/s数据传输测试 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 主要结论 |
| 不足之处及未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文 |
（3）高速光电子/光子器件频响特性精细表征技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 光子器件频谱响应特性表征技术 |
| 1.2.1 基于光谱分析的光标量分析技术 |
| 1.2.2 基于相移调制的光矢量分析技术 |
| 1.2.3 基于光干涉的光矢量分析技术 |
| 1.2.4 基于光单边带调制的光矢量分析技术 |
| 1.2.5 基于光双边带调制的光矢量分析技术 |
| 1.3 光电子器件频谱响应特性表征技术 |
| 1.3.1 声光移频外差法 |
| 1.3.2 接力移频外差法 |
| 1.3.3 双音调制外差法 |
| 1.4 本论文的创新点和结构安排 |
| 第二章 高速光电子/光子器件频响特性表征技术理论基础 |
| 2.1 窄带光滤波器基本理论 |
| 2.1.1 相移光纤光栅基本原理 |
| 2.1.2 受激布里渊散射基本原理 |
| 2.1.3 窄带光滤波器性能参数 |
| 2.2 电光调制器基本理论 |
| 2.2.1 马赫-曾德尔调制器基本原理 |
| 2.2.2 电吸收调制器基本原理 |
| 2.2.3 电光调制器性能参数 |
| 2.3 光电探测器基本理论 |
| 2.3.1 光电探测器基本原理 |
| 2.3.2 光电探测器性能参数 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 本征相频响应高精度表征技术 |
| 3.1 K-K关系 |
| 3.2 Wiener-Lee 变换 |
| 3.3 原理及方案 |
| 3.4 仿真分析 |
| 3.5 实验验证 |
| 3.5.1 非零色散位移光纤测量 |
| 3.5.2 单模光纤测量 |
| 3.5.3 相移光纤光栅测量 |
| 3.5.4 微波器件测量 |
| 3.5.5 误差及算法的适用性分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于微波光子扫频的光学矢量分析技术 |
| 4.1 原理及方案 |
| 4.2 实验验证 |
| 4.2.1 非零色散位移光纤测量 |
| 4.2.2 相移光纤光栅测量 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 高速电光调制器频响特性高精度表征技术 |
| 5.1 原理及方案 |
| 5.1.1 双频信号下变频法 |
| 5.1.2 光谱法 |
| 5.2 实验验证 |
| 5.3 误差及仿真分析 |
| 5.3.1 基于误差传递因子的误差分析 |
| 5.3.2 基于非理想消光比的误差分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 集成电吸收调制激光器内部光电相互作用表征技术 |
| 6.1 原理与EML散射参数矩阵建立 |
| 6.2 DFB激光器等效电路建立与参数提取 |
| 6.2.1 建立等效电路 |
| 6.2.2 元件参数提取 |
| 6.3 电吸收调制器等效电路建立与参数提取 |
| 6.3.1 建立等效电路 |
| 6.3.2 元件参数提取 |
| 6.4 EML 等效电路建立与表征 |
| 6.5 本章小节 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（4）太赫兹主控振荡-功率放大量子级联激光器的幅度、偏振与轨道角动量调控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 太赫兹应用 |
| 1.1.1 无损检测与安全检查 |
| 1.1.2 显微技术 |
| 1.1.3 生物医学 |
| 1.1.4 通信 |
| 1.2 太赫兹源 |
| 1.3 论文主要内容 |
| 第2章 太赫兹量子级联激光器的概述 |
| 2.1 量子级联激光器 |
| 2.2 太赫兹量子级联激光器 |
| 2.2.1 有源区结构 |
| 2.2.2 波导结构 |
| 2.2.3 幅度调控 |
| 2.2.4 偏振调控 |
| 2.2.5 轨道角动量调控 |
| 2.3 THz-QCL的应用与面临的挑战 |
| 第3章 偏振光与涡旋光的基本原理与研究现状 |
| 3.1 偏振光的基本原理与研究现状 |
| 3.1.1 偏振光的定义 |
| 3.1.2 偏振光的应用 |
| 3.1.3 偏振光的产生 |
| 3.2 涡旋光的基本原理与研究现状 |
| 3.2.1 涡旋光的定义 |
| 3.2.2 涡旋光的应用 |
| 3.2.3 涡旋光的产生 |
| 第4章 太赫兹量子级联激光器的制备与表征 |
| 4.1 材料外延生长 |
| 4.2 太赫兹量子级联激光器的制备 |
| 4.2.1 双金属波导THz-MOPA-QCL制备工艺 |
| 4.2.2 感应耦合等离子体刻蚀 |
| 4.2.3 金属空气桥 |
| 4.3 THz-QCL的表征方法 |
| 4.4 THz-QCL外延材料基本特性的表征 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 太赫兹主控振荡功率放大量子级联激光器的定量模型与性能提升 |
| 5.1 THz-MOPA-QCL定量模型 |
| 5.1.1 器件结构与模型 |
| 5.1.2 模型验证 |
| 5.2 THz-MOPA-QCL结构设计 |
| 5.2.1 光栅耦合器设计准则 |
| 5.2.2 抑制自激振荡 |
| 5.3 THz-MOPA-QCL测试结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于光栅耦合器的太赫兹量子级联放大器 |
| 6.1 放大器原理与研究现状 |
| 6.2 结构设计 |
| 6.2.1 接收器设计 |
| 6.2.2 发射器设计 |
| 6.2.3 阈值增益 |
| 6.3 初步实验结果与分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 偏振可控的THz-MOPA-QCL |
| 7.1 线偏振态的调控 |
| 7.1.1 结构设计 |
| 7.1.2 实验结果与分析 |
| 7.2 椭圆偏振态与圆偏振态的调控 |
| 7.2.1 结构设计 |
| 7.2.2 实验结果与分析 |
| 7.3 改进方案 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 轨道角动量可控的THz-MOPA-QCL |
| 8.1 结构设计 |
| 8.1.1 一级分布反馈激光器设计 |
| 8.1.2 传输波导设计 |
| 8.1.3 谐振环设计 |
| 8.2 实验结果与分析 |
| 8.3 存在问题与解决方案 |
| 8.4 本章小结 |
| 第9章 总结与展望 |
| 9.1 全文总结 |
| 9.2 存在的问题 |
| 参考文献 |
| 附录 有源区结构与性能参数 |
| 1.编号M1398 |
| 2.编号M1617 |
| 3.编号S1802 |
| 4.编号M1616 |
| 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）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）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 |
（7）波导布拉格光栅在无源滤波器和半导体激光器中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光子集成技术 |
| 1.1.1 简介 |
| 1.1.2 铟磷基光子集成 |
| 1.1.3 硅基光子集成 |
| 1.2 硅基与铟磷基之间的互联技术 |
| 1.2.1 混合集成(倒装焊键合) |
| 1.2.2 晶圆键合技术(BCB键合) |
| 1.2.3 单片集成(异质外延生长技术) |
| 1.2.4 光子引线键合技术 |
| 1.3 论文的主要工作与创新点 |
| 1.3.1 论文的主要工作 |
| 1.3.2 论文的主要创新点 |
| 参考文献 |
| 第二章 波导布拉格光栅在无源滤波器中的应用 |
| 2.1 波导布拉格光栅简介 |
| 2.2 波导布拉格光栅的仿真方法 |
| 2.3 几种典型光栅结构的性能仿真 |
| 2.3.1 均匀光栅 |
| 2.3.2 相移光栅 |
| 2.3.3 啁啾光栅 |
| 2.3.4 切趾光栅 |
| 2.3.5 取样光栅 |
| 2.3.6 交错光栅 |
| 2.4 一种基于交错光栅的窄带反射器 |
| 2.4.1 研究背景 |
| 2.4.2 原理 |
| 2.4.3 仿真结果 |
| 2.4.4 基于取样光栅的NBR |
| 2.4.5 误差分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 波导布拉格光栅在半导体激光器中的应用 |
| 3.1 半导体激光器简介 |
| 3.2 半导体激光器的仿真模型 |
| 3.3 几种典型波导布拉格光栅结构的激光器的仿真 |
| 3.3.1 FP激光器 |
| 3.3.2 DFB均匀光栅激光器 |
| 3.3.3 DFB相移光栅激光器 |
| 3.3.4 DFB非对称相移光栅激光器 |
| 3.3.5 串联DFB激光器 |
| 3.3.6 基于重构等效啁啾技术DFB激光器 |
| 3.4 半导体激光器的制作工艺 |
| 3.4.1 基于REC技术的光栅的制作 |
| 3.4.2 RWG型激光器制作 |
| 3.4.3 BH型激光器制作 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 混合集成窄线宽半导体激光器 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 原理 |
| 4.3 仿真结果 |
| 4.3.1 阈值增益差 |
| 4.3.2 驰豫振荡与光场分布 |
| 4.3.3 出射光谱 |
| 4.4 误差分析 |
| 4.4.1 NBR的反射率对激光器性能的影响 |
| 4.4.2 增益芯片与NBR之间的耦合效率对激光器性能的影响 |
| 4.5 单片集成方案 |
| 4.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 攻读硕士期间学术成果 |
| 致谢 |
（8）基于取样莫尔光栅的两段式半导体激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 DFB半导体激光器的简介 |
| 1.2.1 DFB半导体激光器的外延材料 |
| 1.2.2 DFB半导体激光器的原理和制备技术 |
| 1.2.3 两段式DFB半导体激光器 |
| 1.3 DFB半导体激光器的应用 |
| 1.3.1 DFB半导体激光器在光通信系统中的应用 |
| 1.3.2 DFB半导体激光器在气体检测中的应用 |
| 1.4 波导布拉格光栅 |
| 1.4.1 波导光栅的分类与结构 |
| 1.4.2 波导光栅的应用和发展 |
| 1.5 本文的研究目的和主要内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 波导布拉格光栅的仿真算法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 耦合模理论 |
| 2.3 频域传输矩阵法 |
| 2.4 时域传输矩阵法 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 取样莫尔光栅(SMG)的设计与应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 SMG的基本原理 |
| 3.2.1 SMG的结构 |
| 3.2.2 SMG的理论分析 |
| 3.3 SMG的光谱仿真分析 |
| 3.4 SMG-DFB半导体激光器的制作与实验测试 |
| 3.4.1 SMG-DFB激光器的设计与制作 |
| 3.4.2 SMG-DFB半导体激光器的测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于SMG-GR的两段式DFB半导体激光器设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 SMG-GR-DFB半导体激光器的结构及理论分析 |
| 4.2.1 SMG-GR-DFB半导体激光器的结构 |
| 4.2.2 SMG-GR的理论分析 |
| 4.3 SMG-GR的设计和光谱仿真 |
| 4.4 SMG-GR-DFB和 SMG-DFB半导体激光器的对比分析 |
| 4.4.1 归一化光场分布的对比 |
| 4.4.2 SMG-GR结构的ΔαL和 P-I曲线计算 |
| 4.4.3 SMG-GR和镀AR/HR膜 SMG的对比 |
| 4.5 SMG-GR-DFB和 π-EPS-GR-DFB半导体激光器的对比分析 |
| 4.5.1 π-EPS-GR的设计与光谱仿真 |
| 4.5.2 SMG-GR和 π-EPS-GR的对比 |
| 4.6 时域分析和激光器阵列的仿真设计 |
| 4.6.1 时域瞬时功率的计算 |
| 4.6.2 SMG-GR-DFB半导体激光器阵列的设计 |
| 4.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 硕士期间发表成果 |
| 致谢 |
（9）V型耦合腔带间级联激光器的研究及气体传感应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 中红外半导体激光器的研究现状 |
| 1.2.1 传统Ⅰ型量子阱激光器 |
| 1.2.2 量子级联激光器 |
| 1.2.3 带间级联激光器 |
| 1.3 单模波长可调谐激光器的发展现状 |
| 1.3.1 外腔激光器 |
| 1.3.2 基于光栅结构的单片激光器 |
| 1.3.3 耦合腔激光器 |
| 1.4 光学气体传感 |
| 1.5 本文的主要研究内容及创新点 |
| 1.5.1本文的主要研究内容 |
| 1.5.2 本文的创新点 |
| 2 Ⅴ型耦合腔带间级联激光器的原理与设计 |
| 2.1 中红外锑化物带间级联材料 |
| 2.2 Ⅴ型耦合腔激光器的工作原理 |
| 2.2.1 Ⅴ型腔激光器的游标效应 |
| 2.2.2 半波耦合器的选模特性 |
| 2.3 带间级联Ⅴ型耦合腔激光器的设计与参数优化 |
| 2.3.1 深刻蚀波导的设计 |
| 2.3.2 深刻蚀半波耦合器的设计 |
| 3 锑化物带间级联激光器的工艺及器件制作 |
| 3.1 带间级联Ⅴ型耦合腔激光器的工艺流程 |
| 3.2 电隔离工艺 |
| 3.3 锑化物材料的刻蚀工艺 |
| 3.3.1 湿法刻蚀工艺 |
| 3.3.2 干法刻蚀工艺 |
| 3.3.3 湿法刻蚀和干法刻蚀工艺的对比 |
| 3.3.4 带间级联Ⅴ型耦合腔激光器的深刻蚀波导 |
| 3.4 钝化及开窗工艺 |
| 3.5 电极制作及反射面镀金 |
| 3.5.1 二次电极制作 |
| 3.5.2 反射面镀金 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 中红外带间级联激光器的性能表征 |
| 4.1 测试系统 |
| 4.1.1 液氮杜瓦 |
| 4.1.2 激光器芯片的封装 |
| 4.1.3 激光器的功率测试系统 |
| 4.1.4 激光器的光谱测试系统 |
| 4.2 带间级联材料特性及FP激光器基本结构的测试结果 |
| 4.2.1 波导损耗的测试 |
| 4.2.2 反射面对FP激光器LIV特性的影响 |
| 4.2.3 温度对FP激光器LIV特性的影响 |
| 4.2.4 阈值光谱与材料的群折射率 |
| 4.2.5 波长的温度调谐特性 |
| 4.2.6 波长的电流调谐特性 |
| 4.3 V型耦合腔激光器的光电特性 |
| 4.3.1 V型耦合腔激光器的LIV特性 |
| 4.3.2 V型耦合腔激光器的光谱特性 |
| 4.3.3 傅里叶变换光谱仪参数对光谱测试的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于V型耦合腔激光器的气体传感 |
| 5.1 TDLAS的研究背景及技术方案 |
| 5.2 气体吸收峰的选择及激光器输出波长标定 |
| 5.3 直接吸收法测量气体浓度 |
| 5.4 波长调制法测量气体浓度 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 对未来工作的展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（10）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 |
四、Fabrication of EAM-Integrated DFB Lasers With A Coupling Waveguide（论文参考文献）
- [1]基于表面周期性电注入的770nm与795nm增益耦合DFB半导体激光器的研究[D]. 阮春烤. 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)
- [2]基于RSOA的器件特性优化及其应用于WDM-PON中ONU的传输特性[D]. 邓灿冉. 江南大学, 2021(01)
- [3]高速光电子/光子器件频响特性精细表征技术研究[D]. 袁飞. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]太赫兹主控振荡-功率放大量子级联激光器的幅度、偏振与轨道角动量调控[D]. 朱海卿. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(01)
- [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]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
- [7]波导布拉格光栅在无源滤波器和半导体激光器中的应用研究[D]. 吴义涛. 南京大学, 2020(02)
- [8]基于取样莫尔光栅的两段式半导体激光器研究[D]. 陈敏. 南京大学, 2020(02)
- [9]V型耦合腔带间级联激光器的研究及气体传感应用[D]. 杨涵婷. 浙江大学, 2020(02)
- [10]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