基于新型微納結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的研究.pdf

1、波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器在通信和傳感等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。這些應(yīng)用要求激光器具有波長(zhǎng)調(diào)諧范圍寬、輸出功率大、邊模抑制比高和波長(zhǎng)切換速度快等特點(diǎn)。波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器既可以用于波分復(fù)用系統(tǒng)中減小庫存?zhèn)浞?，又能為下一代可重?gòu)光網(wǎng)絡(luò)提供動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)配置和波長(zhǎng)路由功能。當(dāng)波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器用作相干光通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和相干接收機(jī)的本振激光器時(shí)，激光器的相位噪聲特性對(duì)通信系統(tǒng)的性能有著非常重要的影響。本文從光柵理論、激光器理論模型和實(shí)驗(yàn)研究等方

2、面出發(fā)，對(duì)基于新型微納結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器展開了比較系統(tǒng)而深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴根據(jù)Bragg光柵設(shè)計(jì)理論，對(duì)取樣光柵、多相移技術(shù)和反射譜級(jí)聯(lián)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并提出了多相移數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵(MPSDCG)結(jié)構(gòu)，用于設(shè)計(jì)具有平坦峰值反射率的寬帶、多通道數(shù)梳狀濾波器。⑵建立了仿真波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器的頻域傳輸線模型和時(shí)域行波模型。利用這兩個(gè)模型不僅可以計(jì)算激光器的波長(zhǎng)、閾值電流、輸出功率、邊模抑制比和輸出光譜等

3、靜態(tài)特性，還可以模擬激光器的調(diào)制響應(yīng)和波長(zhǎng)切換過程等動(dòng)態(tài)特性。⑶對(duì)納米壓印方法制作數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵的工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過引入二次軟模板壓印技術(shù)和優(yōu)化的變溫、變壓壓印過程，獲得了大面積均勻的光柵圖形轉(zhuǎn)移效果。通過采用自行設(shè)計(jì)的工藝組件，解決了壓印過程中模板光柵圖形與襯底對(duì)準(zhǔn)的問題。此外，對(duì)感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝進(jìn)行優(yōu)化，制作了形貌良好的數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵結(jié)構(gòu)。⑷通過對(duì)制作的數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵分布式布拉格反射器(DCG-DBR)激光器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，獲

4、得了30nm的離散波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，同時(shí)邊模抑制比大于30dB。為了改善DCG-DBR激光器的特性并且降低對(duì)光柵周期的制作精度的要求，提出了基于多相移數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵結(jié)構(gòu)的MPSDCG-DBR激光器，并且對(duì)激光器的特性進(jìn)行了理論分析。⑸基于靜態(tài)傳輸線模型，推導(dǎo)了取樣光柵分布式布拉格反射器(SG-DBR)激光器腔內(nèi)光子數(shù)和光場(chǎng)相位的速率方程模型，對(duì)SG-DBR激光器的相位噪聲特性進(jìn)行了模擬。研究了不同的噪聲源，包括有源區(qū)自發(fā)輻射白噪聲和無源區(qū)載流

5、子散粒噪聲，對(duì)激光器的頻率調(diào)制(FM)噪聲譜的影響。通過FM噪聲譜計(jì)算了各個(gè)的噪聲源所引起的線寬展寬大小隨無源調(diào)諧區(qū)注入電流變化的趨勢(shì)，并且解釋了線寬變化的機(jī)理，模擬的線寬變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果吻合。此外，對(duì)SG-DBR激光器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如相位區(qū)長(zhǎng)度和光柵區(qū)耦合系數(shù)對(duì)線寬的影響進(jìn)行了討論。⑹利用時(shí)域行波模型對(duì)表面刻蝕兩個(gè)淺槽的三節(jié)法布里珀羅(SFP)激光器進(jìn)行了理論研究。建立了一組邊界條件，用來表征淺槽的界面對(duì)光場(chǎng)的反射和透射作用。并利