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用于特种检测的光电集成器件及其核心芯片研究

作　者: 张凡
导　师: 刘铁根
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 光学频率上转换(下转换) 防伪检测光电集成 980nm量子阱半导体激光器单量子阱渐变局限异质结构
分类号: TN491
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 96次
引　用: 6次
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内容摘要

光学频率上转换(下转换)材料作为一种新型防伪材料具有良好的隐秘性、转换波长具有唯一性,而且还有使用寿命长、材料制备难度高等特点,所以可以作为高级防伪标记应用于金融证券和有效票证中。针对光学频率上转换(下转换)材料开发出一套有效、准确、快速的机读检测设备对于实现这一防伪功能起着极为重要的作用,而且具有很高应用价值。鉴于分立器件检测系统存在的不足和缺陷,本文设计出一种新型的用于特种检测的光电集成器件,并对其中的核心器件——980nm量子阱半导体激光器的结构进行研究,使之能够达到微温升、高峰值功率的要求。具体工作如下: 1.确定用于特种检测的光电集成器件的集成方式为基于平面光波回路的混合集成; 检测方式为透射式方案。2.利用光学系统模型设计软件对整个系统进行结构设计,给出设计模型,对该模型进行空间光线追迹,并进行系统光强分布、传递的分析。3.对光电集成检测芯片的核心器件——光谱发射芯片应用的量子阱结构及其关键参数从理论上进行探讨,在此基础上提出器件的工作方式,确定器件具体结构和所使用的材料系统。4.利用专业设计软件确定光谱发射芯片的各层生长厚度,对器件关键结构参数进行优化,从而得出具体的器件模型,最后给出该模型的关键参数的仿真模拟结果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 防伪与防伪检测技术  8-9
  1.2 基于光学频率上转换(下转换)的防伪检测技术  9-10
  1.3 基于光学频率上转换(下转换)的防伪检测方案  10-12
    1.3.1 分立器件检测方案  10-12
    1.3.2 集成器件检测方案  12
  1.4 本文选题背景、主要研究工作与各章节主要内容  12-15
第二章特种光电集成检测芯片的整体结构设计及空间光线分析  15-30
  2.1 光电集成技术的集成方向  15-16
  2.2 光电集成技术发展回顾  16-20
  2.3 芯片集成方式选择及基于PLC 的混合集成  20-22
    2.3.1 特种光电集成检测芯片集成方式选择  20
    2.3.2 基于PLC 的混合集成  20-22
  2.4 特种光电集成检测芯片结构设计  22-23
  2.5 特种光电集成检测芯片结构仿真设计及光强分析  23-29
    2.5.1 LightTools~(?)光学系统模拟软件简介  23-24
    2.5.2 特种光电集成检测芯片系统建模  24-27
    2.5.3 特种光电集成检测芯片模拟系统光强分析  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第三章特种光电集成检测芯片核心器件的理论及结构分析  30-46
  3.1 发射芯片的结构及工作方式选择  30-32
    3.1.1 发射芯片工作方式  30-31
    3.1.2 发射芯片结构选择  31-32
  3.2 量子阱理论分析  32-35
    3.2.1 量子阱的限制效应  32-34
    3.2.2 量子阱中的状态密度  34-35
  3.3 量子阱激光器结构分析  35-37
    3.3.1 量子阱结构分类  35-36
    3.3.2 SQW 与MQW 结构比较  36-37
    3.3.3 GRIN-SCH 与SCH 结构比较  37
  3.4 量子阱激光器材料及其组分分析  37-39
  3.5 InGaAs/InGaAsP 和InGaAs/GaAs 激光器主要参数  39-45
    3.5.1 晶格失配与应变及对能带结构的影响  39-40
    3.5.2 应变量子阱的光增益  40-42
    3.5.3 阈值电流密度  42
    3.5.4 远场图和远场角  42-43
    3.5.5 光局限系数  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章特种光电集成检测芯片核心器件的仿真设计及结构参数优化  46-68
  4.1 LASTIP~(?)软件介绍  46-49
    4.1.1 模拟软件LASTIP~(?)的理论基础  46-48
    4.1.2 LASTIP~(?)软件组织结构介绍  48-49
  4.2 激光器结构选择  49-58
    4.2.1 激光器体结构选择  49-50
    4.2.2 量子阱数目的选择  50-54
    4.2.3 光限制层结构选择  54-58
  4.3 激光器材料选择  58-59
  4.4 激光器结构参数优化  59-62
    4.4.1 波导层厚度优化  59-60
    4.4.2 量子阱宽优化  60-61
    4.4.3 谐振腔长度优化  61
    4.4.4 脊波导宽度优化  61-62
  4.5 优化模型及模拟结果  62-66
    4.5.1 仿真模型  62-63
    4.5.2 仿真结果及讨论  63-66
  4.6 本章小结  66-68
第五章工作总结与展望  68-70
  5.1 论文完成的主要工作  68-69
  5.2 工作中的主要创新点  69
  5.3 下一步工作展望与计划  69-70
参考文献  70-75
发表论文和参加科研情况  75-76
致谢  76

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