基于DMD的InAs/GaAs量子点外腔激光器的性能研究

摘要

与普通的半导体激光器相比，可调谐外腔半导体激光器具有更低的线宽、更高的边模抑制比、更宽的调谐范围和更低的阈值电流等，因此激光器的外腔结构一直以来都是研究的重点。目前普遍应用的是Littman体光栅外腔激光器，但是这种外腔可调谐激光器体积太大，机械调谐会产生滞后性并且有细微的磨损，这样器件的可靠性得不到保障，从而无法满足光通信的需求。为了减小外腔的尺寸和复杂度，并且加快外腔激光器的调谐速度，目前国际上已经研制出了微型机械结构式MEMS的外腔可调激光器。在此基础之上，我们研究了基于DMD（Digital Micro mirror Device，数字微镜元件）的量子点外腔激光器。本实验系统中，基于DMD的外腔激光器的波长模式调谐速度为500μs，并且可以同时激射两个或者两个以上所需要的模式。经过测试，我们获得了外腔激光器的THz波，以下为论文的主要内容和研究结果：
　　1.首先介绍了一些可调谐外腔激光器的结构，对Littrow和Littman两种外腔结构的优缺点做了比较，然后分析了F-P腔半导体激光器和可调谐外腔激光器的工作原理，最后一部分介绍了闪耀光栅的衍射原理。
　　2.介绍了基于DMD的InAs/GaAs量子点外腔激光器装置的设计方案，给出了该装置的整体结构，然后详细介绍了各个部分所包含的组件以及各个部件在系统中所起的作用。我们还给出了装置中一些组件的材料属性，并计算了光栅和透镜的性能参数，最后选择了适合本系统的光栅和透镜型号。
　　3.详细介绍了DMD的结构和DMD芯片的反光原理，经过计算得出了DMD的分辨率。经过分析我们所选择的DMD和光栅能够分辨出激光器的内腔模模式，因此本系统可以满足InAs/GaAs量子点外腔激光器的测试要求。除此之外，我们还计算出了激光器出射的光经过聚焦透镜汇聚到焦平面DMD上的内腔模式间隔，最后分析了DMD的选模原理。
　　4.主要测试了基于DMD的InAs/GaAs量子点外腔激光器的部分性能。经过测试得出基于DMD的外腔激光器激射中心波长在1011nm附近、最大单模调谐范围为6nm、阈值电流为57mA。在测试过程中，我们实现了外腔激光器波长模式为500μs的快速调谐，同时获得了多模激射，最后测得了基于DMD的外腔激光器的THz波。

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第一章 引言

1.1半导体激光器的外腔结构

1.2半导体激光器的外腔调谐原理

1.3闪耀光栅的原理

1.4本章小结

第二章 基于DMD的外腔激光器的设计方案

2.1基于DMD的外腔激光器的设计方案

2.2基于DMD的外腔激光器装置

2.3部件的选择

2.4本章小结

第三章 DMD的结构和原理及选模过程

3.1 DMD芯片的结构

3.2 DMD芯片的原理

3.3 DMD的选模过程

3.4 本章小结

第四章 基于DMD的InAs/GaAs量子点外腔激光器性能测试

4.1 InAs/GaAs量子点激光器器件

4.2 基于狭缝的InAs/GaAs量子点外腔激光器性能测试

4.3 基于flower3-3的InAs/GaAs量子点外腔激光器性能测试

4.4 基于DMD的InAs/GaAs量子点外腔激光器THz的产生

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2 量子点外腔激光器的发展趋势

[参考文献]

附录：狭缝翻转程序

在校期间发表的论文

致谢