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新型垂直外腔面发射激光器研究

作　者: 倪演海
导　师: 戴特力；张鹏
学　校: 重庆师范大学
专　业: 光学工程
关键词: 光泵浦垂直外腔面发射激光器 应变多量子阱 周期谐振增益结构
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要


光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器是在电抽运垂直腔面发射半导体激光器的基础上结合二极管泵浦固体激光器技术发展起来的新型半导体激光器。它集合了二者的优点,既能输出TEM00模圆形高斯光斑,又能输出高功率高亮度的激光,还可以方便地在腔内插入倍频或锁模元件,实现高效率的激光倍频或者锁模运转,从而可以扩展激光的输出波段,或者获得高重复频率和飞秒量级的超短脉冲激光输出。因此,这种激光器在光时钟、光纤通信、激光彩色显示和激光生化医疗等众多领域中得到广泛应用。光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器结构非常简单,其外延片有两种生长结构,分别是底发射结构和正序生长结构。其采用的光泵浦方式也有两种。垂直外腔面发射激光器所采用的半导体材料体系所对应的波长范围基本覆盖了从紫外到可见到红外的广阔波段。研究最成熟的是800nm-1.5μm波段所对应的材料体系。对于这些常用的三元系和四元系合金,需要计算其折射率、带隙能量和热导率等相关参数,为后面的外延片设计提供参考。使用传输矩阵方法推导了分布布拉格反射镜的反射率计算公式,研究了不同膜系对数下、不同入射与出射介质时的反射率与反射带宽;设计中使用30对按λ/4的光学厚度交替生长的Al0.12GaAs/ Al0.9GaAs构成分布布拉格反射镜,计算了其前向和后向入射的反射谱。设计中采用InGaAs/AlGaAs/GaAs量子阱材料体系,使用12个应变多量子阱构成周期谐振增益结构;计算并设计了垂直外腔面发射激光器的谐振腔相关参数。对外延片的衬底进行了机械减薄和化学腐蚀处理,在高倍显微镜下观察了机械减薄、快速腐蚀和选择性腐蚀过后的外延片表面形状;测量了DBR的反射率谱线,将其与理论计算所得的谱线进行比较和分析;搭建了一个腔长为50mm左右、反射镜曲率半径50mm,输出镜的反射率为99%的OPS-VECSEL;最后测量了VECSEL的激光特性,包括其自发辐射谱、输出功率谱、输出光束的光斑形状及不同泵浦功率下的输出激光光谱等,并对其进行了详细的分析。

全文目录


摘要  5-6
abstract  6-10
1 绪论  10-17
  1.1 VECSELs 的优点  10-12
  1.2 VECSELs 研究进展  12-14
    1.2.1 VECSELs 大输出功率研究进展  12-13
    1.2.2 VECSELs 在RGB 激光领域的研究进展  13-14
    1.2.3 VECSELs 的倍频技术进展  14
  1.3 VECSELs 的应用  14-15
  1.4 论文主要工作  15-17
2 VECSELs 结构与材料  17-25
  2.1 VECSELs 基本结构  17-19
  2.2 泵浦方式  19-20
  2.3 VECSEL 半导体材料  20-21
  2.4 InGaAs/GaAs/ AlGaAs 半导体材料系  21
  2.5 VECSELs 半导体材料相关参数计算  21-24
  2.6 本章小结  24-25
3 VECSELs 设计及模拟  25-49
  3.1 分布布拉格反射镜设计  25-34
    3.1.1 DBR 反射率和带宽理论  25-30
    3.1.2 DBR 反射率模拟分析  30-32
    3.1.3 DBR 设计  32-34
  3.2 增益区设计及模拟  34-41
    3.2.1 多量子阱结构理论  34-38
    3.2.2 设计  38-39
    3.2.3 量子阱有源区模拟  39-41
  3.3 VECSELs 谐振腔设计  41-48
    3.3.1 腔镜上的束宽  41-43
    3.3.2 阈值  43-44
    3.3.3 输出耦合镜  44-46
    3.3.4 VECSELs 外腔设计  46-47
    3.3.5 OPS-VECSELs 散热设计  47-48
  3.4 本章小结  48-49
4 VECSELs 实验研究  49-61
  4.1 衬底的去除  49-52
    4.1.1 机械减薄  50-51
    4.1.2 快速腐蚀与选择性腐蚀  51-52
  4.2 SiC 散热窗口  52-53
  4.3 激光器构建  53-54
  4.4 VECSELs 特性  54-60
    4.4.1 DBR 反射谱  54
    4.4.2 自发辐射谱  54-56
    4.4.3 输出功率  56-57
    4.4.4 VECSEL 光斑  57-58
    4.4.5 VECSEL 光谱  58-60
  4.5 本章小结  60-61
5 总结  61-63
参考文献  63-70
附录：作者攻读硕士学位期间发表论文及科研情况  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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