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基于微环谐振腔的双波长单纵模半导体激光器的研究

作　者: 汪舟
导　师: 孙军强
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 微环谐振腔半导体激光器双波长单纵模太赫兹
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 79次
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内容摘要

微环谐振腔由于具有体积小,结构简单,集成度高,插入损耗小等优点,在光集成器件中应用十分广泛。微环谐振腔在激光器中,主要是提供对纵模的选择作用。如果使用两个微环进行级联,由于游标效应,可以使自由光谱范围（FSR）增大。太赫兹（THz）辐射由于所处的频谱位置的特殊性,在许多方面有广阔的应用前景。本论文设计的基于微环谐振腔结构的半导体激光器可以产生双波长单纵模的激光,用于拍频产生太赫兹信号。本论文的主要研究内容如下:（1）介绍了THz辐射的研究背景及意义,介绍了光学微环谐振腔在光集成器件中的应用,提出了一种新的基于双微环结构的双波长半导体激光器,并可以用来拍频产生THz信号。（2）对矩形波导的模场分布特性进行了研究,通过对其特征方程的求解,模拟了E_mn^y模的场分布。当直波导尺寸较大时,既有基模又有高阶模。当直波导尺寸比较小时,只存在基模。接着分析了弯曲波导的模场分布特性及波导尺寸对其模场的影响。（3）分析了微环谐振条件,以微环与直波导侧向耦合为例,分析了其耦合系数与传播距离的关系,振幅耦合比率与波导尺寸和波长的关系,并进行了模拟仿真。研究了微环内相向传播光方向控制的方法。（4）研究了上下载型微环和级联微环的滤波特性,在此基础上,设计了一种新型的双波长单纵模可调谐半导体激光器,建立了该激光器的理论模型,研究了其阈值特性,动态特性和稳态特性。（5）通过对不同制作材料进行比较,最终选择InGaAsP/InP材料制作该激光器,研究了InGaAsP/InP材料无源/有源微环侧向耦合结构的加工工艺,研究了无源/有源混合结构的加工工艺,并对本论文提到的新型激光器的加工工艺进行了设计。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 概论  8-11
  1.1 研究的背景和意义  8-9
  1.2 研究内容  9-11
2 波导模式特性的研究  11-20
  2.1 用马卡梯里近似法分析矩形波导  11-12
  2.2 矩形波导E_(mn)~y 导模和E_(mn)~x 导模  12-16
  2.3 二维弯曲波导模场分布  16-18
  2.4 本章小结  18-20
3 微环谐振腔的理论研究  20-32
  3.1 环与直波导的侧向耦合分析  20-22
  3.2 耦合系数和振幅耦合比率的计算  22-28
  3.3 环内光传播方向的控制  28-31
  3.4 本章小结  31-32
4 微环谐振腔半导体激光器的理论研究  32-46
  4.1 微环谐振腔  32-33
  4.2 上下载型微环  33-35
  4.3 双环谐振腔  35-37
  4.4 激光器的阈值特性  37-38
  4.5 双环谐振腔半导体激光器多模速率方程  38-39
  4.6 动态/稳态特性分析  39-44
  4.7 本章小结  44-46
5 微环谐振腔半导体激光器的制作  46-55
  5.1 制作材料  46-47
  5.2 Ⅲ-Ⅴ族无源微环侧向耦合  47-49
  5.3 Ⅲ-Ⅴ族有源微环侧向耦合  49-50
  5.4 本论文所研究的激光器加工方案  50-54
  5.5 本章小结  54-55
6 总结与展望  55-57
  6.1 全文总结  55
  6.2 尚未进行的工作及不足之处  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-61

基于微环谐振腔的双波长单纵模半导体激光器的研究

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