分布布喇格反射镜的反射特性

采用等效法布里珀罗(FP)腔方法对分布布喇格反射镜(DBR)的特性进行了研究,计算并讨论了上下两层DBR结构非对称模型反射率的变化.设计了DBR反射镜的反射谱中心波长为850nm的结构.随着DBR周期数的增加,腔反射率峰值逐渐增加.上下两层DBR反射镜的厚度由反射率和中心波长决定.实验表明,下DBR的周期数为30对左右,上DBR的周期数为20对左右,易实现激光输出.非对称的双层DBR的反射特性表明理论计算与实验结果基本一致.     

具有非均匀渐变界面DBR的光学特性分析

应用特征矩阵法研究了非均匀渐变界面Al_0.9Ga_0.1As/Al_yGa_1-yAs/GaAs/Al_xGa_1-xAs DBR的光学特性.建立了非均匀渐变界面Al_yGa_1-yAs的折射率模型，并得到了渐变界面特征矩阵的解析解，通过特征矩阵法分别计算了突变GaAs/Al_0.9Ga_0.1As DBR和渐变DBR的反射谱和反射相移，分析了非均匀渐变层对DBR光学特性的影响，对渐变DBR，需要在DBR前面再增加一定厚度的非均匀渐变相位匹配层才能使整个DBR满足中心波长相位匹配条件，并通过光学厚度近似方法求出相位匹配层厚度. 关键词： DBR 反射谱 反射相移 特征矩阵法     

顶部反射镜对GaN基共振腔发光二极管性能的影响研究

本文在Ga N基共振腔发光二极管(RCLED)顶部设计制备了高反膜结构分布式布拉格反射镜(DBR)和滤波器结构DBR,对比分析了两种反射镜的反射率曲线特征以及对应的RCLED器件的光输出纵模模式、光谱线宽和输出光强等性能差异,详细研究了顶部反射镜的光反射特性对RCLED器件输出光谱性能的影响机理.研究结果表明,顶部反射镜是RCLED的重要组成部分,其反射率曲线特征决定器件的光输出性能.常规高反膜结构DBR顶部反射镜的反射率曲线具有较宽的高反射带,将其作为顶部反射镜可有效压窄RCLED发光纵模线宽,但是发光光谱仍呈现多纵模光输出特征.滤波器结构DBR顶部反射镜的反射率曲线在中心波长处具有较窄的透光凹带,利用透光凹带对输出光的调制作用,器件可实现单纵模光输出,在光通信、光纤传感等领域展示了广阔的应用前景.通过进一步设计RCLED顶部反射镜结构,可以改变其反射率曲线特性,进而优化RCLED器件的输出光谱特性,以满足器件在多个领域的应用需求.     

全介质镜微腔的结构设计与发光特性的模拟

设计了4种不同介质镜结构的全介质镜λ微腔,并模拟研究了腔内有机发光层的发光特性。结果表明,DBR结构的不同会导致腔镜反射相移的变化,从而最终改变了器件的透射光谱、腔内驻波电场分布、PL光谱峰值位置和强度等参数。只有合理的器件结构设计才能使腔内的发光得到有效的增强。对称偶数层DBR构成的λ腔可以使谐振峰位置的PL光谱峰值强度增加59倍。     

基于亚波长光栅的VCSEL偏振控制研究

为了确定亚波长光栅在微电机械系统(MEMS)波长可调谐VCSEL不同位置(上DBR上表面、上DBR下表面以及内腔)中实现TE和TM偏振控制的光栅参数范围以及光栅在哪个位置时实现偏振控制最稳定,通过MATLAB建立MEMS波长可调VCSEL的模型,然后计算光栅在3种位置时上反射镜(包括空气隙和光栅)随光栅参数变化的反射率,以此来确定它们实现TE/TM稳定偏振的光栅参数范围(即高反射范围内的参数)。将各自的高反射所对应反射率减去相同光栅参数范围内TM/TE低反射对应的反射率,通过反射率差值确定光栅在哪种位置时MEMS波长可调谐VCSEL实现偏振是最稳定的。最后得出的结论是光栅在上DBR下表面几乎无法控制TM偏振,而将光栅放置于内腔中,无论是在TE偏振控制上还是TM偏振上都是最稳定的。在实现TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少10 cm~(-1);而在实现TM偏振稳定时,在TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少5 cm~(-1)。     

温度对Al0.5Ga0.5As/AlAs分布布喇格反射器的反射谱影响

采用光学传输矩阵理论对Al0.5Ga0.5As/AlAs材料分布布喇格反射器(DBR)进行理论研究,分析了－10℃到100℃的范围内,温度变化对不同DBR结构的反射光谱影响.结果表明：随着温度的升高,传统20周期DBR的反射光谱向长波长方向移动,速率约0.05 nm/℃,其中由线热膨胀系数带来的影响小于0.001 nm/℃.当传统DBR的周期数增大时,温度对DBR光谱反射率的影响在减小,同时DBR的反射谱峰值波长发生红移.为了降低温度对DBR反射光谱的影响,提出一种新型的复式DBR结构.分析指出：该复式DBR比传统DBR有更大的反射光谱半峰宽,基本能覆盖同温度的AlGaInP LED电致发光光谱,这对提高LED的出光效率有现实意义.     

分布布拉格反射光纤激光器的特性分析

利用耦合模理论和数值方法,对分布布拉格反射光纤激光器的特性进行分析,对利用不同光栅作反射镜的激光器阈值增益谱进行了比较。为进一步的设计与制作提供了理论指导。     

Carrier dependence of the spontaneous emission factor in DBR lasers

We present the carrier dependence of the spontaneous emission factor, β, in distributed Bragg reflector (DBR) lasers using a specific example for InGaAs/InP multiple quantum wells (MQWs). Our approach is to isolate the spectral carrier dependent behaviour from cavity effects and examine the impact on the sub-threshold β value by considering three resonant modes at different positions in the spontaneous emission spectrum. The results indicate that conventional curve-fitting methods of determining β (assumed constant) from experimental data may incur significant errors since β may vary by up to a factor of 2.     

对光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔纵模间隔问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔的透射特性进行了深入分析,指出了FBG F-P腔透射谱中纵模位置的影响因素,讨论了与普通F-P腔的联系和区别.应用光栅的有效镜面模型对FBG反射主瓣内反射系数的相位因子进行线性模拟,定义了FBG有效长度的概念并得出其表达式.提出将FBG的有效长度纳入到FBG F-P腔的等效腔长中,用等效腔长来计算FBG F-P腔中的纵模间隔.数值仿真和实验结果都表明,用等效腔长计算所得的纵模间隔与实际的FBG F-P腔中的纵模间隔符合很好,误差极小. 关键词： 光纤布拉格光栅 法布里-珀罗腔 纵模间隔 有效镜面模型     

掺Yb3+双包层光纤激光器的数值分析

 对掺Yb³⁺双包层光纤激光器不同参数情况下的输出功率和增益分布进行了数值模拟，分析了一端泵浦和双端泵浦方式下输出特性的差异，激光沿光纤长度方向的分布，输出功率与光纤长度、腔镜反射率及泵浦功率的关系。结果显示：两端泵浦较一端泵浦增益更加平坦，输出功率也稍高；当泵浦光波长为975nm时，输出激光功率对光纤长度更为敏感，最佳光纤长度相对于泵浦光波长为915nm时短且转化效率高；在大功率长光纤的情况下，光纤有损耗时输出功率随输出腔镜反射率的增加单调地减小，无损耗时输出功率不随输出腔镜反射率变化。     

高速850 nm垂直腔面发射激光器的优化设计与外延生长

利用传输矩阵理论和TFCalc薄膜设计软件分析了分布布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器(VCSEL)的反射率谱特性,对比了从谐振腔入射与从表面入射时反射率谱的差异,为白光反射谱表征VCSEL外延片提供了依据.利用Crosslight软件模拟了InGaAs/AlGaAs应变量子阱的增益谱随温度的变化特性及VCSEL器件内部温度分布,设计了增益-腔模调谐的VCSEL.采用金属有机物化学气相淀积设备外延生长了顶发射VCSEL,制作了氧化孔径为7.5μm的氧化限制型VCSEL器件,测试了器件的直流特性、光谱特性和眼图特性;6 mA,2.5 V偏置条件下输出光功率达5 mW,4级脉冲幅度调制传输速率达50 Gbit/s.     

宽面积垂直腔半导体光放大器

在反射模式下,对于970 nm宽面积垂直腔半导体光放大器(VCSOA)的增益和带宽特性进行了实验研究和分析。当注入电流为57％阈值电流、信号输入功率为0.7 W,取得了24.8 dB的放大,测得的放大器的带宽为0.14 nm。实验中测量的增益值大于理论计算值,这是由于宽面积垂直腔光放大器内存在多个横向模式,每个模式都有相应的放大,所以总的增益大于理论计算的某个模式的增益。这种宽面积垂直腔光放大器不仅可以提高增益,而且还能提高信号光的饱和输入功率。对970 nm宽面积VCSOA的结构进行了优化设计,模拟结果表明,要提高半导体激光器的增益和带宽,可以通过适当降低垂直腔面发射激光器的上DBR的反射率来获得。     

Theoretical analyses and experimental studies on semiconductor disk lasers

The comprehensive theoretical analyses and experimental studies on semiconductor disk lasers are presented. The edge-emitting photoluminescence spectrum which reflects the essential emission properties of quantum wells is theoretically modeled, and the result is in good agreement with the experiment. The surface-emitting photoluminescence spectrum which carries the characteristics of the semiconductor microcavity is explained using the numerically simulated longitudinal confinement factor. The output characteristic is modeled by taking into account the thermal effect, and the result is consistent with the experiment. The oscillating mode of the laser is codetermined by the reflectivity of DBR, the edge-emitting, and the surface-emitting PL spectrum.     

提高基于F—P腔的光纤光栅解调精度的研究

提出了使用DSP对F-P腔滤波后的FBG反射谱进行信号处理的解调方案，DSP处理器不断地对测量支路和参考支路的信号进行采集、比较，从而解算出待测量的变化值。从光学原理上探讨了F-P腔用波长表示的干涉滤波函数，对光电探测器测得的信号进行反卷积模拟运算，得到了当光电探测器接收的光强度分布不是中心对称时，分别提高了0．0399nm和0．057nm的FBG反射谱，提高了光纤光栅传感器的解调精度。     

Absorption loss influence on optical characteristics of multilayer distributed Bragg reflector: wavelength-scale analysis by the method of single expression

Electrodynamical model of a classical distributed Bragg reflector (DBR) consisting of alternating quarter-wave layers of high and low permittivity is considered at the plane wave normal incidence. Reflective characteristics of DBR possessing absorption loss in constituting layers are analysed via correct wavelength-scale boundary problem solution by the method of single expression (MSE). Analysis of optical field and power flow density distributions within the lossy DBR structures explained the peculiarities of their reflective characteristics. Optimal configurations of lossless and lossy DBRs are revealed. Specific DBR structures possessing full transparency at definite number of layers are also analysed.     

分布式布喇格反射镜的穿透深度计算

采用特征矩阵法分别计算奇、偶数层布喇格反射镜的反射相移,利用反射时延与反射相移的关系给出了其穿透深度的表达式.采用电子束热蒸发的方法制备了结构为[HL]2H的布喇格反射镜,并制作了有机微腔器件,测量和计算了其透射光谱、反射相移和穿透深度,得到了微腔的有效腔长,测量值与实验值吻合较好,验证了该穿透深度公式的正确性.     

太赫兹波段介质微腔光学特性研究

采用匀胶法制备了厚度在微米量级的 Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂和Si/[TiO₂/MgO]²/TiO₂ 多层介质膜反射镜. 采用太赫兹(THz)时域透射光谱系统获得了多层膜的时域透射谱. 用传输矩阵法模拟了Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂ 和Si/[TiO₂/MgO]²/TiO₂两种分布式布拉格反射镜 (DBR)的反射相移和相位穿透深度等光学特性. 设计了两种结构为 DBR/LT-GaAs/DBR的对称THz光学微腔结构并模拟了腔结构的辐射光谱. 结果表明:通过引入谐振腔, 两种DBR组成的微腔器件在谐振波长处的强度分别提高了19和14倍. 其中Si/[TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂/LT-GaAs (12 μm)/ [TiO₂/Al₂O₃]²TiO₂腔的辐射光谱存在两个峰, 分别位于208和248 μm, 并分析了出现两个谐振峰的原因. 探讨了通过引入介质谐振腔实现对THz源的辐射特性进行调控的可行性. 关键词： 分布式布拉格反射镜 光子晶体 穿透深度 太赫兹微腔     

垂直腔面发射激光器的结构生长及特性研究

在偏〈111〉A 2°的GaAs (100) 衬底上生长了Al0.9Ga0.1As /Al0.2Ga0.8As周期结构的垂直腔面发射激光器（VCSEL）外延片P 型DBR的周期数为24.5对,N型DBR的周期数为34.5对.用光荧光 (PL) 谱、扫描电子显微镜 (SEM)和X射线双晶衍射 (XRD) 方法对VCSEL的光学特性和结构特性进行了分析室温量子阱材料的PL谱峰值波长为837.0 nm,半高宽达到28.9 nm在X射线双晶衍射回摆曲线中,除了“0”级衍射峰外,还观察到一级和二级卫星峰.“0”级双晶衍射峰的半高宽为12.56弧秒(″),衬底GaAs的衍射峰半高宽为11.79″.“0”级衍射峰半高宽与衬底GaAs的衍射峰半高宽比较接近,表明晶格具有很高的完整性.实验结果表明腔模波长为837.2 nm,腔模波长与PL谱峰值波长相匹配.     

种电热驱动法布里 珀罗光调制器

提出了一种用于显示基于微机电系统的电热驱动法布里 珀罗光调制器.利用多光束干涉理论分析了该调制器的原理及光学特性.分析表明:当腔长为(2k+1)λ/4时,反射光强取极大值|当腔长为2kλ/4时,反射光强取极小值|通过改变腔长可以实现显示.光源谱宽越窄,衬比度越高|干涉级次越低,衬比度越高|衬比度随反射率的增加而减小.借助Ansys软件仿真分析了调制器的驱动特性.加工了器件并搭建实验装置进行了动态响应特性测试实验.结果表明,该调制器具有驱动电压低至3.2 V,响应速度约为5 kHz的良好驱动特性.实验结果初步验证了该结构的可行性.     

一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的低频振动传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的低频振动传感方案并进行了理论分析和实验研究。采用单频激光器作为光源,光纤光栅F-P腔通过两点涂胶方式粘接在等强度悬臂梁上,待测振动信号通过支架和悬臂梁将振动作用传至光纤光栅F-P腔,引起腔长周期性变化,从而改变光纤光栅F-P腔的反射光谱特性,通过解调输出光信号的振荡频率和峰值,即可实现对振动信号频率和幅值的测量。利用压电陶瓷模拟的低频振动信号进行了实验验证,测量结果与理论分析相吻合。该传感器测量灵敏度高,特别适用于微弱振动信号的测量。