一、高功率980nm垂直腔面发射激光器的研制（论文文献综述）
赵荣进[1]（2021）在《976nm激光器结构优化与验证》文中研究表明976nm波段大功率半导体激光器提供的泵浦光能量与掺镱光纤激光器吸收峰匹配,在光纤激光器泵浦领域得到广泛应用,关于激光芯片的工程化研究成为近年激光器的研究热点之一。本文以976nm量子阱激光器为研究对象,从结构分析、仿真模拟、实验测试、等效电路建模四个方面开展研究,主要的工作内容和研究成果包括:第一,理论分析了有源区组分和厚度、波导层结构以及腔长、非注入窗口等参数对激光器特性的影响规律,为提升输出功率,引入非对称波导层结构,确定了 976nm非对称解耦限制异质结（Asymmetric Decoupled Confinement Heterostructure,ADCH）半导体激光器的材料结构。从载流子的注入对腔面有源区产生热损伤机理的角度出发,分析了电流非注入窗口对有源区腔面的温度、光场和载流子分布等因素的影响,结果表明:前腔面有源区的温度会随着电流非注入区宽度的提高而明显降低,但当增加到60μm之后,温度的变化趋于平缓。对于60μm宽的非注入窗口,前腔面处光强从1.977×108W/cm2变为1.586×108W/cm2,降低了 19.8%,载流子浓度从 8.12×1017cm-3 变为 6.89×1017cm-3,降低了12.16%。通过电流非注入窗口的引入可以有效减少腔面处的光吸收和载流子浓度,为优化非注入窗口结构提高COD阈值功率提供了设计参考。第二,针对本文所设计的976nm ADCH半导体激光器,实测了工艺流片后的器件特性,在20℃时,器件的阈值电流为0.967A,输出功率为20.93W,斜率效率为1.22W/A,激光器的峰值波长为977.48nm;在7℃时,器件的阈值电流增加到1.32A,斜率效率下降到0.853W/A,输出功率降低到13.04W。计算得出,20～70℃时器件的特征温度为160K,光谱红移为0.4nm/℃。并测试了不同腔长的光电特性,计算得出内量子效率为96.15%,内损耗为0.129cm-1。最后,根据所设计的器件结构和特性测试结果,提取相应参数,以速率方程为基础,建立976nm大功率量子阱激光器的等效电路模型,并进行直流特性仿真。所建立的电路模型能较好吻合实际器件的LIV特性和温度特性,可为大功率半导体激光驱动电源设计提供实用的激光电路模型。
戚章泥[2]（2021）在《掺镱光纤连续激光器与锁模激光器的研究》文中提出光纤激光器由于有着结构紧凑、系统稳定、不易受到外界环境的干扰和影响、光束质量好、波长范围广以及转换效率高等多项优点,得到了人们的普遍关注和大力开发。而镱离子由于能级简单、量子效率高等优点有着广泛的应用,因此本文以掺镱光纤激光器为研究主题,具体对线偏振单纵模掺镱光纤连续激光器与低重频掺镱光纤锁模脉冲激光器展开了调查与实验,具体内容如下:本文利用光纤布拉格光栅对构建线性腔以实现连续激光输出,并通过在线性腔内插入偏振分束器的方式实现了偏振度高于35 dB的线偏振激光输出,此外利用未泵浦光纤与反射镜组成的饱和吸收体结构实现了单纵模激光输出,种子源直出最大功率达212 mW,光信噪比达50 dB,且输出稳定。其次,由于种子源输出功率足够高,因此无需进行预放大而直接利用双包层掺镱光纤进行一级光放大,得到最大2.552 W的1064 nm激光输出,且放大后的激光依然保持高度线偏（偏振度保持在35 dB以上）与单纵模的特性。并对放大后的激光通过零拍延时自外差法测得激光线宽为1.2 kHz。利用半导体饱和吸收体反射镜和光纤布拉格光栅构建的线性腔实现锁模激光振荡器,实现了脉冲重复频率为18.30 MHz,输出平均功率为1.52 mW的中心波长为1063.67 nm激光激光输出,对此激光进行预放大后得到平均功率为66.5 mW的脉冲激光,再利用声光选单器对其进行降频处理,最终得到了重复频率为为18.30kHz、脉宽为3.523 ps的皮秒脉冲输出。
曲畅[3]（2021）在《高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究》文中认为随着理论研究和制备工艺的发展,高功率半导体激光器（High-power Semiconductor Laser Diodes,简称为HP-LDs）以其转换效率高、体积小、重量轻、能直接调制及易与其他半导体器件集成等特点,在军事、工业加工、激光医疗、光通信、光存储等领域中得到广泛应用。近年来,随着高功率半导体激光器输出光功率的日益提高,新的有源材料不断涌现,应用领域日渐扩大,人们对其可靠性提出更高要求,这使得利用低频噪声作为高功率半导体激光器可靠性评估的方法因其便捷、无损、快速等优点备受关注。不仅如此,低频噪声作为一种普遍存在于高功率半导体激光器中的物理现象,是其内部载流子微观运动的外在表现,将内在现象和外在表现建立其联系,势必能够更好地反映其微观性质以促进HP-LDs在材料生长、芯片制备等技术的发展。然而,HP-LDs的低频噪声（主要是1/f噪声）的噪声模型仍不完善,并且相较于其他常规半导体器件,HP-LDs中存在其特有的低频1/f光噪声,同时其低频噪声现象和机制也更为复杂,蕴含着更多导致HP-LDs退化和失效以及能够指导其可靠性管理等有用信息。为了利用HP-LDs的低频噪声实现无损地表征其可靠性和器件质量的筛选,本文以高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性展开研究。从理论建模、模拟仿真、实验测试相结合的方法开展了HP-LDs噪声产生机理及特性、小注入下HP-LDs1/f噪声模型及产生机理分析、激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落之间的量子相关性、以及HP-LDs低频噪声表征特性这四部分内容的研究。本文主要研究内容和研究成果概括如下:1.双异质结HP-LDs的1/f噪声产生机理与特性研究。以经典的朗之万（Langevin）方程为基础,展开了单异质结HP-LDs和双异质结HP-LDs中少数载流子输运机制以及其漂移过程的分析,探讨了与HP-LDs结电流噪声有关的两种机制,即少数载流子热涨落和产生-复合噪声,建立了单异质结和双异质结HP-LDs噪声等效电路模型。在此基础上,引入寄生参量和有源区参量等性能影响因素,建立了双异质结HP-LDs等效电路模型,并推导出了由接触电阻、封装引线电阻等的涨落引起的1/f噪声模型,对比了理论模型与实验结果,验证了模型的正确性并进一步分析讨论了双异质结HPLDs 1/f噪声特性及产生机理。2.小注入条件下HP-LDs 1/f噪声模型及产生机理研究。在小注入条件下,基于HP-LDs以表面复合为主要输运机制,考虑载流子简并、高能级注入以及非辐射复合等因素,理论推导了小注入下HP-LDs 1/f噪声模型,得到了小注入下其1/f噪声的形成与由缺陷、杂质、位错等因素引起的非辐射复合电流具有相似机制。利用电致发光表示非辐射电流,研究了小注入下HP-LDs在老化试验过程中表面状态、1/f噪声特性以及如P-V和I-V等电特性的变化,验证了1/f噪声能够用来表征HP-LDs表面稳定性的有效性,并为HP-LDs表面质量评估提供一定依据。3.激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落的量子相关性。基于量子化的朗之万（Langevin）方程,建立了HP-LDs结电压1/f涨落理论模型,并探讨了其物理机制。基于激光理论中受激辐射和自发辐射等经典的量子力学过程,证明了电流驱动的HP-LDs可以抑制泵浦噪声、并在腔宽以下的频率区域产生相位最小不确定态,获得了HP-LDs产生的接近粒子数-相位最小不确定态（即振幅压缩态）,由于其泵浦噪声被抑制,且具有很高的量子效率,降低了振幅噪声。理论预测了激光状态下HP-LDs来自外场的光子数涨落与结电压1/f涨落之间量子相关性的存在,并对比了二者之间的互相关系数的理论预测值和实验结果,实验结果与理论预测具有较好的一致性,验证了理论预测的正确性。4.高功率半导体激光器低频噪声表征特性研究。提出了一种用于808 nm HP-LDs可靠性表征的低频光、电噪声相关性方法,实验验证了低频光、电噪声相关性作为一种可靠性评估工具的可行性和有效性;针对传统加速老化试验对器件具有破坏性以及利用单一初测噪声作为单一筛选指标筛选结果缺乏全面性等技术问题,提出了一种结合低频噪声测量和加速老化试验的垂直腔面发射激光器（VCSEL）预筛选方法,建立了VCSEL的预筛选模型,并通过实验验证了模型的正确性;探讨了基于1/f噪声的HPLDs辐射效应退化机理和辐射损伤表征,建立了引入辐照缺陷的HP-LDs 1/f噪声表征模型,讨论了辐射对HP-LDs特性等的影响。本文针对高功率半导体激光器所建立的1/f噪声模型以及所提出的表征特性方法通过仿真分析和实验结果对比,验证了其有效性,为高功率半导体激光器可靠性无损表征和质量筛选研究提供了解决方案。
宿家鑫[4]（2021）在《基于损耗剪裁微结构的半导体激光器侧向光束质量控制研究》文中认为经过半个多世纪的发展,半导体激光器的外延生长和工艺制备技术已经十分成熟,半导体激光器因其具有体积小、重量轻、可靠性高、全固态、工作寿命长、光电转换效率高、可以直接调制的特点,广泛应用于工业生产或作为其他激光器的泵浦源。近些年来,随着新型科技的拓展与原有应用对激光光源需求的提升,对器件的输出功率和光束质量要求也越来越高。传统的宽区半导体激光器受制于高阶侧模、热透镜等非线性现象对其光束质量的限制,其侧向光束质量已无法完全满足许多应用领域的要求,这对于宽区半导体激光器件的发展十分不利。虽然光束整形技术可获得好的光束质量,但是制造成本和系统体积将有明显的增加,系统的可靠性与能量利用效率也会下降,因此对半导体激光器本身的光束质量进行改善的研究具有重要的意义。本论文主要研究了引入损耗剪裁微结构对半导体激光器侧向光束质量的影响,研究内容与成果如下:（1）研究了宽区半导体激光器内部的模式分布特性,利用半导体激光器模拟软件FDTD Solutions和MODE Solutions对宽区半导体激光器进行了相关仿真,通过对光场模式的分布深入分析,提出了一种通过引入损耗剪裁微结构对不同模式进行剪裁以提高其输出光束质量的改良方法。（2）采用SLOC外延结构,制备了1.5 mm腔长,100μm条宽的分布式损耗剪裁激光器,在高阶模式的峰值位置上引入损耗剪裁结构,增加了高阶模式的损耗与其激射阈值,改善了器件的远场发散角,验证了这种改良方法的可行性。（3）设计并制备了一种边缘损耗剪裁型的半导体激光器,其腔长1.5 mm,100μm条宽,通过测量相关参数,对器件的光电性能进行了分析,通过微结构使得实验器件与同规格的标准器件相比侧向光束质量提高了41.6%,并且极大降低了器件的光参量积（BPP）对电流的依赖性。器件光束质量稳定,这对于实际应用具有很重要的意义。（4）通过将损耗剪裁结构与沟道结构相结合,提出了一种复合型损耗剪裁微结构的半导体激光器,制备器件并对其进行了相关测量与分析,通过复合型结构实现了58.5%光束质量提升与21%功率提升,降低了远场发散角对电流的依赖性,同时使得近场束腰尺寸显着缩小,实现了高阶模式的抑制,载流子扩散的抑制,大大降低了载流子边缘累积效应,使激光器的亮度提升近两倍。（5）设计并制备了一批高性能的复合型损耗剪裁微结构器件,并对其相关指标进行了测量。证明了微结构激光器在实际应用中的可行性。
刘夏[5]（2021）在《基于表面隔离沟槽结构的近红外可调谐分布反馈半导体激光器》文中指出可调谐分布反馈半导体激光器具有体积小、质量轻、便于携带、易集成、波长可调谐等优点,在量子通信,大数据网络,生物医疗,生物探测,激光国防等领域都作为核心光源使用。在传统的法布里-珀罗腔的半导体激光器结构基础上,引入光栅结构来形成周期性的微扰,导致对半导体激光器内部进行折射率或者增益的调制,实现输出光的模式调制。折射率和增益调制对应了折射率耦合型以及增益耦合型分布反馈（DFB）半导体激光器。折射率耦合型分布反馈半导体激光器经常需要引入相移光栅结构,并且其制备过程需要引入二次外延技术,制备器件的成本较高,且由于其结构属性,很难在激光器单管实现较宽的调谐范围。传统增益耦合型分布反馈半导体激光器通过引入周期性吸收,实现单纵模激射,但是依然依赖微纳光栅制备技术和二次外延技术,同时由于周期性吸收材料的引入,降低了器件功率和电光转换效率等重要性能参数,因而没有商用价值。本文采用I-line光刻技术,首次成功制备了激射波长在780纳米（nm）波段和905 nm波段的基于表面沟槽结构的可调谐DFB半导体激光器,实现了超宽调谐范围和单模激射,并且制作工艺相对简单,无需引入二次外延技术,能够实现大批量生产,具有极强的市场应用潜力。具体的研究内容和成果如下:（1）对半导体激光器的理论进行了阐述,用传输矩阵理论对表面隔离沟槽来实现单纵模分布反馈半导体激光器的光波导机构进行建立模型和分析,并且得出的结论对本文分布反馈半导体激光器的耦合光波导的设计进行理论支撑。（2）创新性设计并制备了激射腔长为1毫米（mm）、峰值波长在780 nm左右的基于表面隔离沟槽结构的可调谐DFB半导体激光器,器件的两侧解理面分别蒸镀了透射率为95%和5%的高透膜和高反膜,该结构的可调谐DFB半导体激光器能够实现稳定的单模激射现象和宽带可调谐现象,在室温工作状态下,当注入电流450毫安（mA）的时候,激光器的输出功率达148.2毫瓦（mW）,斜率效率0.28 mA/mW,边模抑制比最高可达36.25分贝（d B）,注入电流在90 mA至400 mA之间、工作温度在10℃至45℃的区间,调谐范围从775 nm到792.5nm,可达17.5 nm。（3）创新性设计并制备了腔长为1 mm、激射波长在905 nm附近的基于表面沟槽结构的可调谐分布反馈半导体激光器,激射阈值在100 mA附近,在室温工作状态下,未镀膜的DFB半导体激光器的单边输出功率可达145.3 mW,斜率效率0.28 mA/mW转化效率可达27%以上,未镀膜的分布反馈半导体激光器边模抑制比最高可达37 d B,激光器的3 d B线宽在23 pm左右。随着温度和电流的增大,激射波长漂移现象均匀,在15℃到25℃的温度区间内,调谐范围从从899.9nm到907.6 nm。（4）设计并制备了激射波长在905 nm附近、基于表面沟槽结构的可调谐DFB半导体激光列阵。单片集成了4个信道的表面沟槽结构的可调谐DFB半导体激光器,且腔长均为1 mm,各信道表面隔离沟槽结构不同,激射波长不同,未镀膜单信道DFB半导体激光器功率均在100 mW左右,且峰值波长红移现象稳定。边模抑制比最高可达44.25 d B。在10℃至45℃的温度区间内,阵列整体在注入电流在130 mA至400 mA之间的工作情况下,波长调谐范围可达48 nm。本文提及的可调谐DFB半导体激光器的光刻工艺均是采用I-line光刻技术和相关制备,制备工艺相对简单,制备时的工艺容差空间大,实验结果能够进行重现,工艺可控制性强,能够实现批量生产。本文设计和制备的可调谐DFB半导体激光器的性能参数指标能够满足工业应用需求,成本较为低廉、生产周期较短,在原子钟、激光雷达、光集成、空间光通信、光谱检测等领域具有了巨大的商业价值和应用前景。
李儒颂[6]（2021）在《1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究》文中研究表明随着智慧城市、5G网络、人工智能、云计算和大数据中心等新一代信息技术的快速发展,网络数据流量在近年来呈现出指数增长趋势,促使光互连技术向更高速率、更大容量和更低功耗的方向发展。高速面发射激光器作为该领域关键核心器件,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于长波长DBR难以外延生长且具有较大的损耗和串联电阻,因而还难以满足应用需求。而光子晶体面发射激光器（PCSELs）具有大面积单模激射、任意光束整形与偏振调控、片上二维光束控制及波长易于拓展等多种突出功能,因此在实现光纤的两个低损耗传输窗口（1.31μm,1.55μm）更具优势。近年来,受凝聚态中拓扑相和拓扑相变概念的启发,基于拓扑能带论的拓扑光子学正在兴起,其中具有鲁棒性的拓扑腔面发射激光器（TCSELs）不仅拥有高光束质量的优点,而且可以产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束。OAM复用技术可极大提高光通信系统的信道容量,是未来通信技术的重要发展方向。本论文基于光子晶体对光子态的调控,结合光子晶体微腔与光子晶体带边激射原理设计出了具有异质光子晶体腔结构,为实现高速PCSELs提供了可行性方案,同时将具有拓扑性质的光子晶体引入面发射激光器中并通过合理的优化设计,以达到高速、大功率、低阈值、窄线宽和提高边模抑制比的目的,具有潜在替代现有VCSELs的优势。主要研究内容和创新成果如下:1.对PCSELs的带边激射原理和阈值增益进行了理论分析,并结合半导体激光器速率方程推导出了PCSELs的光功率公式,同时分析了二维光子拓扑绝缘体的边界态与拓扑相变机理,为研制高速PCSELs与TCSELs提供了理论基础。2.开展了高速双晶格PCSELs的理论研究。设计了增强面内光反馈的PCSELs,其谐振腔是由两种具有不同光子带隙的光子晶体组成的面内异质结构,除了利用光子晶体带边的光反馈外,还利用了两种光子晶体边界的反射,并通过调控其中双晶格光子晶体的两个空气孔间距来提高反向传播光之间的一维耦合系数,从而实现对激射模式的强面内限制。通过三维时域有限差分法（3D-FDTD）证实了我们所提出的异质PCSELs可以在较小的正方形区域内实现1.3μm单模激射,并可能实现大于30 GHz的3d B调制带宽。3.开展了基于Dirac点高速PCSELs的理论研究。通过调控光子晶体参数得到双Dirac锥形色散,设计了增强Dirac点面内反馈的PCSELs,并且由于在Dirac点态密度可以降为零,而自发辐射耦合系数?与态密度成反比,因此利用Dirac点作为带边激射,可有效提高PCSELs调制速率,通过3D-FDTD证实其是以四极模激射,在基于少模的空分复用系统中可能具有潜在的应用。4.开展了基于能带反转光场限制效应的高速拓扑体态面发射激光器的理论研究。拓扑谐振腔是由拓扑态光子晶体（R2=1.05R0）外围完整拼接与其带隙相当的拓扑平庸态光子晶体（R1=0.94R0）构成,在拼接的边界处会产生光场的反射和限制效应,通过3D-FDTD证实其可在较小的正六边形区域内实现1.3μm低发散角单模激射。此外,该拓扑体态面发射激光器由于能带反转引起的反射只发生在靠近布里渊区中心附近的一个很小的波矢范围,因此限制了能够获得有效反馈的模式数目,这种模式选择机制与带边模式PCSELs完全不同,更有利于实现单模面发射,在高速光通信领域中的应用将更具有优势。5.开展了高速Dirac涡旋腔面发射激光器的理论研究。通过对正常蜂窝光子晶体超胞应用广义的Kekulé调制和收缩操作,然后将它们完整拼接得到异质Dirac涡旋腔（具有鲁棒的中间带隙模）,同时适当调控腔中子晶格的尺寸,使得带间模收敛于Dirac点频率并处于外围光子晶体的禁带中,以达到增强带间模面内光反馈的目的,从而有利于实现高速调制。研究结果表明,以该异质Dirac涡旋腔的带间模作为带边激射,可在较小的区域内实现1.3μm单模矢量光束输出,这为发展具有优异性能的新型高速拓扑PCSELs提供了可能。
阮春烤[7]（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》文中提出随着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。
孔令宇[8]（2021）在《可调谐半导体激光光谱分析中的光学干涉及抑制技术》文中研究说明我国是一个能源大国,能源的开采与使用为人们的生活创造了很多便利,可是在能源开采中尤其是煤炭开采中会有煤层气或者瓦斯气体泄漏,达到一定浓度会发生瓦斯爆炸,造成人员伤亡等损失,为了能及时检测瓦斯气体浓度,研究了将可调谐的激光二极管用于吸收光谱技术中的用于甲烷气体浓度检测的系统,瓦斯、天然气中含有大量烷烃,烷烃中甲烷占有很大比例。这种光学方法相比较于传统的检测方法响应时间快,易于维护,更加安全。现在国家也提倡绿色环保的政策,二氧化碳是温室气体,其实不止二氧化碳,甲烷也是温室气体,将可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于大气中,可实现对大气中甲烷气体的监测与检测。甲烷是一种没有颜色,没有特殊味道,即使存在泄漏,也很不容易被人所察觉到的气体,密度方面,相对原子质量是16,比空气轻,工矿企业瓦斯爆炸,生活中天然气管道的泄露问题,都是其主要成分甲烷含量过高引起的,都会产生人员伤亡和资源浪费,需要一种能及时做出预警的检测设备,传统的方法多种多样,但都普遍存在需要反复调校,响应时间慢等问题,光谱技术的发展为气体检测提供了新的方法,使用激光吸收光谱法进行气体检测更准确,更高效,尤其是测量甲烷气体,他主要是一种光学技术,使用半导体激光器为光源,可以实现对气体的较高准确度的检测,具有灵敏度高、分辨率高并且及时响应等特点,在国内外各大研究所和高校研究广泛,社会认可度极高。激光甲烷传感器易于维护,易于调校,使用简单方便。随着半导体激光器技术在近几十年时间里的发展,近年来基于激光技术的甲烷传感器获得了快速发展,逐步进入工业领域。激光甲烷传感器是一种可行性装置,主要以半导体激光器作光源,运用光谱分析学方法,对甲烷气体浓度进行检测。激光甲烷传感器的核心光源,是半导体激光器,通过激光器控制电路来达到波长调谐的目的,气体吸收池充入待测的甲烷气体,光电探测器的使用,以及信号处理技术的运用,将带有气体吸收信号的光信号转化为电信号进行电信号处理,不存在其他物理量的转化,简单高效。激光甲烷传感器的特点包括:量程全、精度测量高、智能化程度高,调校周期长等。随着半导体技术和光纤传感技术的发展,基于可调谐半导体激光光谱吸收的激光传感器越来越受到人们的青睐。本文的主要内容包括以下几个方面:（1）使用半导体材料制作的激光器,作为核心光源,分析吸收特征谱线,实现甲烷气体浓度检测。对可调谐半导体激光吸收光谱技术的基本原理进行阐述,主要包括气体分子吸收理论,Beer-Lambert吸收定理,气体分子光谱吸收理论中的吸收线型函数,吸收线强以及线宽的检测技术和探测技术等。（2）研究了整个激光甲烷检测系统的组成,整个系统主要由半导体激光器,光电探测器,气体吸收池,电路部分组成。（3）激光激甲烷检测系统实验中遇到的光学干涉问题,进行分析,并且通过改变计算得出产生干涉的位置,改变气池结构,改变透镜结构实现干涉抑制。（4）对于激光甲烷检测系统中使用的元器件及核心光学模块部分进行长期稳定性测试,测试在长期实验中是否会由于老化而产生光学干涉问题。（5）对于本篇文章开展过的文献研究及实验研究,所做的工作进行总结,提出今后实验进行的方向。
马德正[9]（2021）在《表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究》文中指出二十一世纪是信息时代,信息学科和信息产业的迅猛发展离不开微电子技术、光电子技术、通信技术、计算机科学与技术以及自动化、精密机械等科学技术综合发展。分布反馈（DFB）半导体激光器作为微电子器件的重要元件,以其单模成品率高、光电转化效率高、窄线宽、易于单片集成、可直接调谐的特性逐步成为光纤通信、医疗、材料加工等日常生活领域不可或缺的重要光源。传统的折射率耦合（Index-Coupled）DFB半导体激光器存在模式简并的问题,尽管引入λ/4相移光栅可以实现单模、窄线宽的激光输出,但在激光器内部不均匀的光子分布会导致空间烧孔效应,大大影响激光器的输出特性。另一种方案为增益耦合（GC,Gain-Coupled）DFB半导体激光器,其主要优势在于高的增益对比、单模成品率高以及由于驻波效应带来的高稳定性,但是传统的增益耦合DFB半导体激光器需要高精度的光栅刻蚀技术以及二次生长外延技术,这使得激光器的制作成本与工艺难度大幅增加,不利于其大批量生产和广泛应用。因此,本论文创新性的提出采用普通i-line光刻技术和等离子刻蚀技术,利用较为简单的芯片制造工艺,设计并制备1045 nm纯增益耦合DFB半导体激光器,实现了低阈值、高效率、高稳定性的单模激光输出。由于纯增益耦合激光器的内部增益耦合效应系数较小,激光器内部F-P效应显着,容易加剧激光器内部的模式竞争,导致激光器的输出模式不稳定,出现多模输出的现象。为了实现波长的精准锁定,创新性的提出了基于不同倾斜角度的795 nm纯增益耦合半导体激光器倾斜波导阵列。通过物理模型的建立、模拟仿真以及器件制备,从实验和理论上分析并验证了倾斜波导增益耦合半导体激光器的输出特性与对应的倾斜角度之间的关系,并且通过改变倾斜角度实现了一定的可调谐性能,对未来倾斜波导的结构设计有着重要意义。具体的研究内容及研究成果如下:（1）建立具有增益耦合机制的半导体激光器物理模型,根据耦合模理论与传输矩阵的方法对激光器内部原理进行分析,通过COMSOL Multiphysics、Rsoft、Matlab等商业软件进行模拟仿真,计算激光器内部的载流子分布、增益曲线、耦合系数以及光场分布,并根据仿真的结果对激光器的相关参数进行优化,获得了器件结构的优化方案。（2）设计并制备了表面周期性电注入实现激射波长在1045 nm的纯增益耦合分布反馈半导体激光器。利用周期性电极实现了有源区内部载流子的周期性分布,进而实现了较大的增益对比,对折射率的虚部进行了调制,最终实现了纯增益耦合机制。器件的阈值电流为40 m A,在240 m A的电流下的输出功率达51.9m W（HR和AR镀膜）,远超过文献中报道的单模增益耦合DFB半导体激光器（单腔面输出功率15.42 m W）。斜率效率达0.24 W/A,超过钛金属表面光栅增益耦合分布反馈半导体激光器（约0.11 W/A）的2倍。单模区间的范围内,最大边模抑制比超过35 d B,最窄线宽为1.12 pm,远低于文献报道的侧向耦合光栅的结构（约160 pm）以及高阶表面光栅型（线宽小于40 pm）增益耦合分布反馈半导体激光器。器件采用了和法布里-珀罗激光器几乎同样的工艺流程,大幅简化了增益耦合DFB半导体激光器的制作方法,对其大规模制造加工和广泛应用有着重要的推动作用。（3）设计并建立了倾斜脊形波导的物理模型,通过改变脊形波导的倾斜角度来改变有效光栅周期。通过COMSOL Multiphysics软件进行模拟仿真,得到了倾斜角度与激光器腔面反射率的关系,计算了倾斜波导所带来的激光器腔面损耗,进一步分析由于倾斜波导所引起的对激光器性能的影响。与传统的分布反馈激光器不同,倾斜波导纯增益耦合半导体激光器的输出特性与腔面反射率相关,倾斜角度越大,腔面反射率越小,也就意味着激光器的输出峰值功率随着倾斜角度的增加而减小,阈值电流随倾斜角度的增加而增大。（4）制备倾斜脊形纯增益DFB半导体激光器,来验证倾斜波导所带来的对激光器输出性能的影响。通过设计不同的倾斜角度来实现不同光栅周期,不同角度的光栅周期对应于激光器不同的激射波长,从而实现了激光器的可调谐特性。器件被解理成2 mm腔长,包含设计的5种倾斜角度,分别为0°、0.39°、1.86°、2.60、3.65°。在20℃的测试结果表明,5种倾斜角度的波导所制成的激光器的输出功率均超过了30 m W,输出光谱的边模抑制比均超过30 d B,波长的覆盖范围从789.392 nm到798.048 nm,共8.656 nm,覆盖了铷原子泵浦的吸收峰。验证了倾斜波导纯增益耦合半导体激光器输出峰值功率随着倾斜角度的增加而减小,阈值电流随倾斜角度的增加而增大的分析结果。另外测试的结果还表明倾斜波导的应用会降低激光器的波长随电流的漂移系数,提高激光器稳定性。本文提及的表面周期性电注入实现的增益耦合半导体激光器均是采用与FP激光器相似、较为简单的工艺制备技术。与目前采用精密光刻技术或二次外延制备方式相比,其优点在于制备工艺简单、容差大、可重复性高,能够满足工业化批量生产的需求。本文提及的表面周期性电注入增益耦合分布反馈半导体激光器的性能参数指标满足应用需求,但是其成本低和生产周期较短,在军事国防、工业生产加工、光通信、医疗美容等领域具有巨大的商业价值和应用前景。
鄂思宇[10]（2021）在《高功率窄线宽分布式布拉格反射半导体激光器的研究》文中研究说明高功率窄线宽半导体激光器在空间相干光通信,精密测量,作为光纤与固体激光器的泵浦源等方面具有广泛的应用。本文采用分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器实现高功率窄线宽的性能。通过布拉格光栅对纵向模式进行选择,最终实现单纵模的激光光谱特性。为了在提高功率和优化光谱特性的同时尽量降低工艺复杂程度,本文对半导体激光器的外延结构和光栅结构进行了详细的模拟,得到了光栅参数对光谱特性的影响,并找到了一种最优的新型结构。最终通过实验验证了器件的可行性。本文具体的研究内容如下:（1）采用有限元法分别设计最优的对称型外延结构和非对称型外延结构,在此基础上采用有限元法与传输矩阵法在两种外延结构上分别对光栅的四个参数（光栅周期、刻蚀深度、槽宽、光栅对数）进行模拟,得出了光栅参数对光栅反射率峰值和半高宽的影响,同时对比两种外延结构的优缺点。为了将光最大程度的利用,最终确定了一个49阶光栅,其光栅周期为7681 nm,slot宽度为1500nm,slot深度为1900 nm,光栅对数为15对。光栅反射率为6%,半高宽为3 nm左右。（2）通过实验制备上述结构的半导体激光器。制备过程中无需二次外延,无需镀增透膜,制备工艺流程相比于传统DBR半导体激光器得到了简化。在700mA的注入电流下,功率达到112 mW,边模抑制比达到38 dB。实现了预期的技术指标。
二、高功率980nm垂直腔面发射激光器的研制（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、高功率980nm垂直腔面发射激光器的研制（论文提纲范文）
（1）976nm激光器结构优化与验证（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 大功率半导体激光器的概述 |
| 1.2 大功率半导体激光器研究进展 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 大功率半导体激光器的应用 |
| 1.4 制约大功率半导体激光器发展的因素 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 976nm半导体激光器的基本理论 |
| 2.1 激光器的理论基础 |
| 2.2 激光器的基本特性 |
| 2.2.1 电光转换效率 |
| 2.2.2 内量子效率 |
| 2.2.3 增益特性 |
| 2.2.4 光限制因子 |
| 2.3 半导体激光器的温度特性 |
| 2.3.1 特征温度 |
| 2.3.2 温度对阈值电流的影响 |
| 2.3.3 温度对输出功率的影响 |
| 2.3.4 温度对工作电压的影响 |
| 2.3.5 温度对波长的影响规律 |
| 2.4 COD原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 976nm半导体激光器结构设计与验证 |
| 3.1 有源区结构设计 |
| 3.1.1 量子阱材料 |
| 3.1.2 InGaAs量子阱中In组分对激光器特性的影响 |
| 3.1.3 量子阱厚度对激光器特性的影响 |
| 3.1.4 量子阱区的优化 |
| 3.2 ADCH结构设计 |
| 3.2.1 波导层Al组分的影响 |
| 3.2.2 ADCH结构激光器中波导层的设计 |
| 3.3 腔长设计 |
| 3.3.1 不同腔长对激光器特性的影响 |
| 3.4 非注入窗口结构设计 |
| 3.4.1 腔面非注入窗口工作原理 |
| 3.4.2 激光器结构与模型 |
| 3.4.3 腔面热功率对前腔面温度的影响 |
| 3.4.4 非注入窗口对腔面温度的影响 |
| 3.4.5 非注入窗口的选择 |
| 3.5 整体外延结构设计与器件特性仿真 |
| 3.6 器件特性测试结果分析 |
| 3.6.1 不同腔长的测试结果 |
| 3.6.2 不同温度下的P-I测试结果 |
| 3.6.3 不同温度下的V-I测试结果 |
| 3.6.4 不同温度下的光谱测试结果 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 量子阱激光器等效电路模型 |
| 4.1 量子阱激光器等效电路模型建立 |
| 4.1.1 基于速率方程的等效电路模型 |
| 4.2 单管等效电路的特性仿真 |
| 4.2.1 QW-LD的直流特性 |
| 4.2.2 温度模型修正 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）掺镱光纤连续激光器与锁模激光器的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 镱离子发光特性 |
| 1.1.1 二价镱离子 |
| 1.1.2 三价镱离子 |
| 1.2 掺镱光纤特性 |
| 1.3 掺镱光纤激光器概述 |
| 1.3.1 高功率掺镱连续光光纤激光器 |
| 1.3.2 低重频掺镱脉冲光纤激光器 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 2 激光器相关技术基础 |
| 2.1 光纤传输原理 |
| 2.1.1 单模掺镱光纤 |
| 2.1.2 双包层掺镱光纤 |
| 2.1.3 光子晶体光纤 |
| 2.2 光纤激光器及放大器理论 |
| 2.2.1 激光器腔型结构 |
| 2.2.2 激光器泵浦方式 |
| 2.3 线偏振激光的实现方法 |
| 2.4 单纵模激光 |
| 2.5 皮秒脉冲光纤激光器理论 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 高功率线偏振单纵模掺镱光纤激光器 |
| 3.1 线偏振单纵模掺镱光纤激光器的光学结构 |
| 3.2 线偏振单纵模掺镱光纤激光器的激光输出特性 |
| 3.2.1 掺镱光纤激光器种子源的激光输出特性 |
| 3.2.2 掺镱光纤激光器放大器的输出特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 全保偏锁模低重频皮秒脉冲掺镱光纤振荡器 |
| 4.1 半导体可饱和吸收体(SESAM)结构与特性 |
| 4.2 声光选单器的结构与特性 |
| 4.3 锁模皮秒脉冲光纤振荡器 |
| 4.3.1 光学结构与工作原理 |
| 4.3.2 振荡器激光输出特性 |
| 4.4 低重频皮秒脉冲光纤激光器系统设计 |
| 4.4.1 光学结构与工作原理 |
| 4.4.2 种子激光输出特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
（3）高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 激光与高功率半导体激光器 |
| 1.1.2 低频噪声及其应用 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 半导体器件低频噪声研究现状 |
| 1.2.2 半导体激光器低频噪声研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容 |
| 1.3.1 论文研究思路 |
| 1.3.2 论文结构安排 |
| 第2章 高功率半导体激光器的噪声理论基础 |
| 2.1 噪声的统计特性 |
| 2.2 白噪声 |
| 2.2.1 热噪声 |
| 2.2.2 散粒噪声 |
| 2.3 高功率半导体激光器中的低频噪声及其特性 |
| 2.3.1 1/f噪声 |
| 2.3.2 G-R噪声 |
| 2.4 高功率半导体激光器的电噪声特性 |
| 2.5 高功率半导体激光器的光噪声特性 |
| 2.6 高功率半导体激光器低频噪声测量系统 |
| 2.6.1 低频噪声测量方法概述 |
| 2.6.2 HP-LDs低频光、电噪声测量系统 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 高功率半导体激光器噪声产生机理及特性研究 |
| 3.1 单异质结HP-LDs噪声等效电路模型 |
| 3.1.1 I-V特性 |
| 3.1.2 少数载流子的热涨落 |
| 3.1.3 产生-复合噪声 |
| 3.1.4 噪声等效电路模型建立 |
| 3.2 双异质结HP-LDs噪声等效电路模型 |
| 3.2.1 I-V特性 |
| 3.2.2 产生-复合噪声 |
| 3.2.3 噪声等效电路模型建立 |
| 3.3 双异质结高功率半导体激光器1/f噪声特性分析 |
| 3.3.1 双异质结HP-LDs1/f噪声模型建立 |
| 3.3.2 实验结果分析与1/f噪声特性分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 小注入下HP-LDs1/f噪声模型及产生机理研究 |
| 4.1 小注入下HP-LDs1/f噪声模型构建 |
| 4.1.1 HP-LDs中载流子的统计分布 |
| 4.1.2 非辐射复合电流形成机理 |
| 4.1.3 1/f噪声模型 |
| 4.2 小注入下HP-LDs1/f噪声特性分析与讨论 |
| 4.2.1 980 nm In Ga As/Ga As HP-LDs外延层结构 |
| 4.2.2 1/f噪声特性分析及讨论 |
| 4.3 小注入下HP-LDs1/f噪声产生机理及应用 |
| 4.3.1 利用电致发光表示非辐射复合电流 |
| 4.3.2 小注入下经老化试验后的HP-LDs1/f噪声特性讨论 |
| 4.3.3 小注入下1/f噪声表征HP-LDs表面稳定性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型以及与光子数涨落的量子相关性研究 |
| 5.1 激光的半经典理论基础 |
| 5.2 激光状态下HP-LDs结电压1/f涨落模型构建 |
| 5.2.1 量子化朗之万(Langevin)方程 |
| 5.2.2 结电压1/f涨落模型 |
| 5.2.3 模型验证与讨论 |
| 5.3 光子数涨落与结电压1/f涨落之间的量子相关性研究 |
| 5.3.1 量子相关性理论推导 |
| 5.3.2 实验验证与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 高功率半导体激光器低频噪声表征特性研究 |
| 6.1 基于低频光、电噪声相关性的808 nm HP-LDs可靠性表征方法研究 |
| 6.1.1 808 nm HP-LDs外延层结构 |
| 6.1.2 经出厂寿命测试的808 nm HP-LDs低频光、电噪声特性分析 |
| 6.1.3 性能退化的808 nm LDs低频光、电噪声相关性及可靠性分析 |
| 6.2 基于低频噪声与加速老化试验相结合的VCSEL预筛选方法研究 |
| 6.2.1 VCSEL器件低频噪声测量 |
| 6.2.2 VCSEL预筛选判据模型构建 |
| 6.2.3 预筛选结果讨论及方法优势分析 |
| 6.3 基于1/f噪声的HP-LDs辐射效应退化机理及辐射损伤表征研究 |
| 6.3.1 引入辐照缺陷的HP-LDs 1/f噪声模型构建 |
| 6.3.2 实验验证及结果讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（4）基于损耗剪裁微结构的半导体激光器侧向光束质量控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 半导体激光器概述 |
| 1.2 半导体激光器研究进展 |
| 1.2.1 高功率半导体激光器 |
| 1.2.2 高转换效率半导体激光器 |
| 1.2.3 高可靠性半导体激光器 |
| 1.2.4 窄线宽半导体激光器 |
| 1.2.5 高光束质量半导体激光器 |
| 1.3 半导体激光器应用领域 |
| 1.3.1 泵浦源应用 |
| 1.3.2 材料加工应用和材料表面处理 |
| 1.3.3 医疗应用 |
| 1.3.4 军事应用及军事应用的相关衍生应用 |
| 1.4 改善半导体激光器侧向光束质量的方法 |
| 1.4.1 异形波导 |
| 1.4.2 主震荡功率放大器(MOPA)结构 |
| 1.4.3 表面阵列结构/表面微结构 |
| 1.4.4 窄脊结构 |
| 1.4.5 热传播路径改善 |
| 1.4.6 外腔法 |
| 1.4.7 其他方法 |
| 1.5 本论文的选题依据和研究内容 |
| 第二章 损耗剪裁半导体激光器理论设计与分析 |
| 2.1 半导体激光器基本原理 |
| 2.2 半导体激光器基本特性 |
| 2.2.1 半导体激光器的功率特性 |
| 2.2.2 半导体激光器的纵模特性 |
| 2.2.3 半导体激光器的温度特性 |
| 2.2.4 半导体激光器的能量转换效率 |
| 2.2.5 高斯光束相关特性 |
| 2.3 半导体激光器的侧向模式讨论 |
| 2.4 光束质量评价 |
| 2.4.1 M~2因子与光参量积 |
| 2.4.2 光斑尺寸评价 |
| 2.4.3 亮度 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 损耗剪裁微结构半导体激光器的制备与测试 |
| 3.1 外延生长 |
| 3.2 光刻技术 |
| 3.3 刻蚀技术 |
| 3.3.1 干法刻蚀 |
| 3.3.2 湿法刻蚀 |
| 3.4 镀膜技术以及封装技术 |
| 3.4.1 镀膜技术 |
| 3.4.2 封装技术 |
| 3.5 GaAs基损耗剪裁微结构半导体激光器工艺流程 |
| 3.6 微结构半导体激光器性能测试 |
| 3.6.1 功率测试 |
| 3.6.2 近场测试 |
| 3.6.3 远场测试 |
| 3.6.4 光谱测试 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 分布式损耗剪裁激光器 |
| 4.1 实验背景 |
| 4.2 器件设计与制备 |
| 4.2.1 器件设计 |
| 4.2.2 器件制备 |
| 4.3 器件相关参数测试与分析 |
| 4.3.1 器件输出功率测试与分析 |
| 4.3.2 器件远场测试与分析 |
| 4.4 本章总结 |
| 第五章 边缘剪裁型半导体激光器 |
| 5.1 实验背景 |
| 5.2 器件设计与制备 |
| 5.3 测试结果 |
| 5.3.1 L-I-V特性曲线与转换效率 |
| 5.3.2 近场特性 |
| 5.3.3 远场特性 |
| 5.3.4 光束质量特性 |
| 5.3.5 光谱特性 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 复合型损耗剪裁微结构半导体激光器 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 器件设计与制备 |
| 6.3 测试结果与分析 |
| 6.3.1 输出功率与转换效率 |
| 6.3.2 远场特性 |
| 6.3.3 近场特性 |
| 6.3.4 光束质量特性 |
| 6.3.5 光谱特性 |
| 6.4 高性能复合型损耗剪裁激光器制备与测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（5）基于表面隔离沟槽结构的近红外可调谐分布反馈半导体激光器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 半导体激光器研究进展 |
| 1.1.1 高功率半导体激光器 |
| 1.1.2 高效率半导体激光器 |
| 1.1.3 窄线宽半导体激光器 |
| 1.2 可调谐半导体激光器的几种解决方案 |
| 1.2.1 可调谐分布反馈半导体激光器 |
| 1.2.2 可调谐分布布拉格反射镜半导体激光器 |
| 1.2.3 可调谐V型腔半导体激光器 |
| 1.2.4 可调谐面发射垂直腔半导体激光器 |
| 1.2.5 可调谐外腔半导体激光器 |
| 1.2.6 可调谐半导体激光器各方案的讨论 |
| 1.3 近红外可调谐分布反馈半导体激光器的研究进展 |
| 1.3.1 国外研究进展 |
| 1.3.2 国内研究进展 |
| 1.3.3 现有的可调谐分布反馈半导体激光器的挑战 |
| 1.4 本文的研究目的与内容 |
| 第2章 基于表面隔离沟槽结构的分布反馈半导体激光器理论分析 |
| 2.1 半导体激光器基本原理 |
| 2.1.1 能带理论与跃迁辐射 |
| 2.1.2 半导体激光器速率方程 |
| 2.1.3 半导体激光器激射条件 |
| 2.2 半导体激光器特性 |
| 2.2.1 半导体激光器的功率特性 |
| 2.2.2 半导体激光器转化效率 |
| 2.2.3 半导体激光器的波动方程及模式特征 |
| 2.2.4 半导体激光器的线宽特征 |
| 2.3 分布反馈半导体激光器理论模型 |
| 2.3.1 耦合波理论 |
| 2.3.2 散射矩阵与传输矩阵理论 |
| 2.3.3 基于表面隔离沟槽结构的分布反馈半导体激光器理论模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于表面隔离沟槽结构的分布反馈半导体激光器的制备 |
| 3.1 金属有机化学气相沉积外延生长技术 |
| 3.2 介质薄膜生长 |
| 3.3 光刻 |
| 3.4 干法刻蚀 |
| 3.5 磁控溅射制备电极 |
| 3.6 腔面薄膜生长技术 |
| 3.7 基于表面隔离沟槽结构的分布反馈半导体激光器的制备 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 780nm基于表面隔离沟槽结构可调谐分布反馈半导体激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 器件的设计与制备 |
| 4.2.1 器件设计 |
| 4.2.2 器件制备 |
| 4.3 测试结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 905nm基于表面隔离沟槽结构可调谐分布反馈半导体激光器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 905nm可调谐分布反馈半导体激光器单管 |
| 5.2.1 器件结构与设计 |
| 5.2.2 制备流程 |
| 5.2.3 测试结果与分析 |
| 5.3 905nm基于表面隔离沟槽结构的可调谐分布反馈激光列阵 |
| 5.3.1 引言 |
| 5.3.2 器件结构与制备过程 |
| 5.3.3 测试结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 选题意义 |
| 6.2 结论 |
| 6.3 研究展望 |
| 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 |
（6）1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高速半导体激光器及其研究状况概述 |
| 1.2.1 高速垂直腔面发射激光器(VCSELs)概述 |
| 1.2.2 高速分布反馈(DFB)激光器概述 |
| 1.2.3 高速量子级联激光器(QCLs)概述 |
| 1.2.4 高速光子晶体激光器(PCLs)概述 |
| 1.2.5 高速半导体激光器的瓶颈及发展趋势 |
| 1.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)研究进展 |
| 1.3.1 大面积相干1.3μm PCSELs |
| 1.3.2 PCSELs的光束模式控制 |
| 1.3.3 PCSELs的光束控制 |
| 1.3.4 高亮度PCSELs |
| 1.4 拓扑光子学 |
| 1.4.1 从拓扑电子学到拓扑光子学 |
| 1.4.2 拓扑光子晶体激光器研究进展 |
| 1.5 涡旋光束 |
| 1.5.1 涡旋光束的发展历程 |
| 1.5.2 涡旋光束光通信原理及优势 |
| 1.5.3 OAM模式的复用与解复用 |
| 1.5.4 OAM编码通信技术 |
| 1.5.5 拓扑涡旋激光器研究进展 |
| 1.6 本论文选题依据及主要研究内容 |
| 第二章 高速光子晶体面发射激光器的理论基础 |
| 2.1 半导体激光器速率方程理论 |
| 2.1.1 量子阱激光器速率方程模型 |
| 2.1.2 量子级联激光器速率方程模型 |
| 2.1.3 量子点激光器速率方程模型 |
| 2.2 半导体激光器的直接调制原理 |
| 2.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)的理论基础 |
| 2.3.1 PCSELs带边激射原理 |
| 2.3.2 PCSELs阈值增益 |
| 2.3.3 PCSELs输出光功率 |
| 2.3.4 PCSELs输出光功率的提高方法 |
| 2.3.5 PCSELs三维耦合波理论 |
| 2.4 Purcell因子和自发辐射因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 拓扑光子学基础 |
| 3.1 拓扑绝缘体与Dirac方程 |
| 3.1.1 Dirac方程和束缚态的解 |
| 3.1.2 修正的Dirac方程与Z2 拓扑不变量 |
| 3.1.3 拓扑不变量与量子相变 |
| 3.1.4 拓扑保护的边界态解 |
| 3.2 拓扑物理中的经典模型 |
| 3.2.1 Su-Schrieffer-Hegger(SSH)模型 |
| 3.2.2 Haldane模型 |
| 3.2.3 Bernevig-Hughes-Zhang(BHZ)模型 |
| 3.3 光子Dirac锥及其相关物理 |
| 3.3.1 光子晶体中的Dirac锥 |
| 3.3.2 Dirac 光局域模 |
| 3.4 二维光子拓扑绝缘体 |
| 3.4.1 光子拓扑绝缘体中的拓扑不变量 |
| 3.4.2 赝时间反转对称性与赝自旋 |
| 3.4.3 二维拓扑保护边缘态 |
| 3.4.4 拓扑光子晶体的k·P模型 |
| 3.4.5 拓扑光子相变机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 1.3μm 高速光子晶体面发射激光器研究 |
| 4.1 双晶格光子晶体谐振腔 |
| 4.1.1 双晶格光子晶体谐振腔的概念 |
| 4.1.2 双晶格光子晶体谐振腔晶格间距的调谐 |
| 4.2 1.3μm高速双晶格光子晶体面发射激光器设计 |
| 4.2.1 异质PCSELs的结构设计 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.2.3 结论 |
| 4.3 基于Dirac点 1.3μm高速光子晶体面发射激光器的设计 |
| 4.3.1 研究背景 |
| 4.3.2 理论基础 |
| 4.3.3 器件设计 |
| 4.3.4 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 1.3μm 高速拓扑体态面发射激光器研究 |
| 5.1 高速拓扑体态面发射激光器的设计 |
| 5.1.1 二维拓扑光子晶体谐振腔的设计 |
| 5.1.2 仿真结果 |
| 5.2 理论分析 |
| 5.2.1 蜂窝光子晶体的紧束缚模型 |
| 5.2.2 基于赝自旋能带反转分析 |
| 5.2.3 拓扑谐振腔支持的腔模 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器研究 |
| 6.1 矢量光束的理论基础 |
| 6.2 Dirac涡旋腔 |
| 6.2.1 对DFB激光器和VCSELs的拓扑理解 |
| 6.2.2 Jackiw-Rossi零模 |
| 6.2.3 Dirac涡旋腔的参数 |
| 6.2.4 Dirac涡旋腔的性质 |
| 6.3 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器的设计 |
| 6.3.1 异质 Dirac 涡旋腔的设计 |
| 6.3.2 仿真结果 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本论文主要完成工作 |
| 7.2 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 |
（7）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 |
（8）可调谐半导体激光光谱分析中的光学干涉及抑制技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 背景 |
| 1.2 甲烷气体检测方法 |
| 1.2.1 非光学检测方法 |
| 1.2.2 光学检测方法 |
| 1.3 TDLAS技术 |
| 1.4 可调谐半导体激光器 |
| 1.4.1 DFB激光器 |
| 1.4.2 垂直腔面发射激光器 |
| 1.5 国内外研究状况 |
| 1.6 论文章节安排及研究内容 |
| 第2章 TDLAS技术基本原理 |
| 2.1 气体分子吸收光谱基本原理 |
| 2.1.1 气体分子吸收峰 |
| 2.2 气体分子吸收函数 |
| 2.2.1 比尔朗伯定律 |
| 2.2.2 吸收线强函数 |
| 2.2.3 吸收线型函数 |
| 2.3 直接吸收光谱检测技术 |
| 2.4 波长调制检测技术 |
| 2.5 谐波检测技术 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 激光甲烷检测系统 |
| 3.1 系统组成 |
| 3.2 气体检测用半导体激光器 |
| 3.2.1 DFB激光器 |
| 3.2.2 可调谐VCSEL型激光器 |
| 3.3 光电探测器 |
| 3.4 气池及光学结构部分 |
| 3.5 电路组成 |
| 3.5.1 半导体激光器驱动部分 |
| 3.5.2 锁相放大电路系统 |
| 3.5.3 信号解调与滤波 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 系统中的光学干涉及抑制 |
| 4.1 系统中的光学干涉 |
| 4.1.2 干涉产生的位置 |
| 4.2 干涉纹波消除方法 |
| 4.2.1 光电探测器透镜涂黑法 |
| 4.3 整体光路调整方法 |
| 4.3.1 调整光路实验 |
| 4.3.2 高低温精度测试 |
| 4.3.3 零点温度漂移实验 |
| 4.4 改变气池结构方法 |
| 4.4.1 零点温度漂移实验 |
| 4.4.2 浓度波动实验 |
| 4.5 改变透镜结构方法 |
| 4.5.1 前期测试数据对比分析 |
| 4.5.2 非球面透镜与球面透镜对于标定系数影响的对比试验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 长期稳定性测试 |
| 5.1 光电探测器插损回损测试 |
| 5.2 激光器稳定性测试 |
| 5.3 激光器套筒组件整体稳定性测试 |
| 5.4 光学模块整体稳定性测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间主要科研成果 |
| 一、发表学术论文 |
（9）表面周期性电注入实现增益耦合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 半导体激光器的应用与发展历程 |
| 1.1.1 半导体激光器的应用 |
| 1.1.2 半导体激光器的发展历程 |
| 1.2 增益耦合分布反馈半导体激光器的研究进展 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 第2章 半导体激光器理论与分析 |
| 2.1 半导体激光器的工作原理 |
| 2.1.1 增益介质内部的粒子数反转与光增益 |
| 2.1.2 电泵浦与光泵浦 |
| 2.1.3 光学谐振腔 |
| 2.2 半导体激光器的基本特性 |
| 2.2.1 光电特性 |
| 2.2.2 光谱特性 |
| 2.2.3 空间模式特性 |
| 2.2.4 温度特性 |
| 2.2.5 调制特性 |
| 2.2.6 退化与灾变特性 |
| 2.3 增益耦合分布反馈半导体激光器的原理 |
| 2.3.1 半导体激光器的模式特征 |
| 2.3.2 耦合模理论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 表面周期性电注入增益耦合半导体激光器的制备与封装 |
| 3.1 半导体激光器制备技术 |
| 3.1.1 半导体材料外延生长技术 |
| 3.1.2 光刻技术 |
| 3.1.3 材料刻蚀技术 |
| 3.1.4 介质薄膜生长技术 |
| 3.1.5 欧姆电极制备技术 |
| 3.1.6 腔面薄膜生长技术 |
| 3.2 半导体激光器的解理与封装 |
| 3.2.1 半导体激光器的解理 |
| 3.2.2 半导体激光器的封装 |
| 3.3 表面周期性电注入增益耦合半导体激光器制备流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 周期性电注入1045 nm纯增益耦合半导体激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 结构设计 |
| 4.3 器件制备与封装 |
| 4.4 实验结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于倾斜波导的795 nm增益耦合半导体激光器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件结构与制作步骤 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 本文结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 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 |
（10）高功率窄线宽分布式布拉格反射半导体激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 半导体激光器的发展史 |
| 1.2 窄线宽半导体激光器的研究进展 |
| 1.2.1 外腔光反馈技术(ECL)半导体激光器 |
| 1.2.2 内腔分布反馈(DFB)半导体激光器 |
| 1.2.3 分布布拉格反射(DBR)半导体激光器 |
| 1.3 设计新型DBR半导体激光器 |
| 第二章 DBR半导体激光器的理论分析与结构模拟 |
| 2.1 半导体量子跃迁 |
| 2.2 半导体激光器的组成 |
| 2.2.1 半导体材料 |
| 2.2.2 谐振腔 |
| 2.3 半导体激光器的模式特征 |
| 2.3.1 横模 |
| 2.3.2 纵模 |
| 2.4 介质平板波导模型 |
| 2.5 散射矩阵与传输矩阵 |
| 2.6 布拉格光栅 |
| 2.7 有限元法 |
| 2.7.1 近似计算 |
| 2.7.2 误差分析 |
| 第三章 DBR半导体激光器的制备工艺 |
| 3.1 .外延技术 |
| 3.2 清洗技术 |
| 3.3 光刻技术 |
| 3.4 刻蚀技术 |
| 3.4.1 干法刻蚀 |
| 3.4.2 湿法刻蚀 |
| 3.5 薄膜生长技术 |
| 3.5.1 掩膜层的制备 |
| 3.5.2 金属电极的制备 |
| 3.6 减薄抛光 |
| 3.6.1 减薄 |
| 3.6.2 抛光 |
| 第四章 高功率窄线宽DBR半导体激光器的设计与制备 |
| 4.1 结构设计与模拟 |
| 4.1.1 外延结构模拟 |
| 4.1.2 光栅结构模拟 |
| 4.2 器件制备 |
| 4.3 测试结果 |
| 4.4 双波长DBR半导体激光器 |
| 第五章 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 |
四、高功率980nm垂直腔面发射激光器的研制（论文参考文献）
- [1]976nm激光器结构优化与验证[D]. 赵荣进. 西安理工大学, 2021
- [2]掺镱光纤连续激光器与锁模激光器的研究[D]. 戚章泥. 浙江大学, 2021(09)
- [3]高功率半导体激光器低频噪声产生机理及表征特性研究[D]. 曲畅. 长春理工大学, 2021(01)
- [4]基于损耗剪裁微结构的半导体激光器侧向光束质量控制研究[D]. 宿家鑫. 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(01)
- [5]基于表面隔离沟槽结构的近红外可调谐分布反馈半导体激光器[D]. 刘夏. 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(01)
- [6]1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究[D]. 李儒颂. 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)
- [7]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)
- [8]可调谐半导体激光光谱分析中的光学干涉及抑制技术[D]. 孔令宇. 齐鲁工业大学, 2021(10)
- [9]表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究[D]. 马德正. 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(01)
- [10]高功率窄线宽分布式布拉格反射半导体激光器的研究[D]. 鄂思宇. 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)