AlInGaAs/AlGaAs垂直腔面发射激光器温度特性的对比研究

通过测量、对比材料生长和器件制备条件基本相似，但是谐振腔腔模波长与增益峰值波长相对位置明显不同的两类氧化物限制型应变AlInGaAs/AlGaAs量子阱垂直腔面发射激光器(VCSEL)在261—369K温度范围内输出光功率-电流的变温曲线，同时结合测试得到的两类样品的白光反射谱、光荧光谱以及模拟计算得到的不同温度下VCSEL反射谱和增益谱，分析了输出光功率、阈值电流、斜率效率和激射波长随温度变化的关系，掌握了新材料AlInGaAs的温度特性，得到了谐振腔腔模波长和增益峰值波长的相对位置对VCSEL输出特性，尤其是对阈值的影响规律，指出获得室温工作阈值最低且稳定的VCSEL的一个方法是调整谐振腔腔模波长和增益峰值波长的相对位置，并利用这种方法获得了特征温度T₀=333K的AlInGaAs/AlGaAs量子阱VCSEL器件. 关键词： AlInGaAs 垂直腔面发射激光器 特征温度     

940nm垂直腔面发射激光器的设计及制备

利用PICS3D计算得到InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱的增益特性,得到量子阱的各项参数,再通过传输矩阵理论和TFCalc膜系设计软件分别仿真出上下分布式布拉格反射镜的白光反射谱.采用金属有机化合物气相沉积技术外延生长了垂直腔面发射激光器结构,之后通过干法刻蚀、湿法氧化以及金属电极等芯片技术制备得到8μm氧化孔径的VCSEL芯片.最终,测试得到其光电特性实现室温下阈值电流和斜效率分别为0.95 mA和0.96 W/A,在6 mA电流和2 V电压下输出功率达到4.75 mW,并测试了VCSEL的高温特性.     

1.3μm GaAs基量子点垂直腔面发射激光器结构设计与分析

结合垂直腔面发射激光器（VCSEL）原理以及量子点增益特点，计算了不同结构VCSEL的腔内损耗和量子点的模式增益.分析了激光器阈值特性以及氧化限制层对光损耗的影响.设计了含 氧化限制层的13μm量子点VCSEL结构. 关键词： 量子点 垂直腔面发射激光器 增益     

高功率转换效率905 nm垂直腔面发射激光器的设计与制备

通过对影响垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)的功率转换效率的因素进行理论分析,得出斜率效率是影响功率转换效率的主要因素的结论.为获得高功率转换效率,通过对有源区量子阱、P型和N型分布布拉格反射镜(DBR)等进行优化,设计出了905 nm VCSEL的外延结构并进行了高质量外延生长.成功制备出了不同氧化孔径的905 nm VCSEL器件,获得的最大斜率效率为1.12 W/A,最大转换效率为44.8%.此外,探究了氧化孔径对VCSEL的远场和光谱特性的影响.这种具有高功率转换效率的905 nm VCSEL器件为激光雷达的小型化、低成本化提供了良好的基础数据.     

1.3μm量子点垂直腔面发射激光器高频响应的优化设计

结合垂直腔面发射激光器(VCSEL)原理以及量子点增益特点，计算了有源层p掺杂结构的量子点VCSEL的材料增益和3 dB带宽，发现p掺杂结构可以大大提高频率特性.结合VCSEL激射条件和阈值特性，分析了对VCSEL结构的要求；分析了分布参数对频率特性的影响，对其外部封装提出了要求.设计了高频率响应的含氧化限制层的1.3 μm量子点VCSEL结构. 关键词： 量子点 垂直腔面发射激光器 微分增益 3 dB带宽     

940 nm垂直腔面发射激光器单管器件的设计与制备

计算了InGaAs/AlGaAs量子阱的激射波长与阱垒厚度的关系,并通过Rsoft软件计算了不同温度下的材料增益特性.计算并分析了渐变层厚度对分布布拉格反射镜(distributed Bragg reflectors,DBRs)势垒尖峰及反射谱的影响,通过传输矩阵理论得到P-DBR和N-DBR的反射谱和相位谱.模拟了垂直腔面发射激光器(vertical surface emitting lasers,VCSEL)结构整体的光场分布,驻波波峰与量子阱位置符合,基于有限元分析模拟了氧化层对电流限制的影响.通过计算光子晶体垂直腔面发射激光器(photonic crystal vertical cavity surface emitting lasers,PC-VCSEL)中不同的模式分布及其品质因子Q,证明该结构可以有效地实现基横模输出.通过光刻、刻蚀、沉积、剥离等半导体工艺成功制备出氧化孔径为22μm的VCSEL和PC-VCSEL,VCSEL的阈值电流为5.2 mA,斜率效率0.67 mW/mA,在不同电流光谱测试中均是明显的多横模输出;PC-VCSEL的阈值电流为6.5 mA,基横模输出...     

894nm高温垂直腔面发射激光器及其芯片级铯原子钟系统的应用

报道了自行研制的894 nm高温垂直腔面发射激光器(VCSEL)以及基于此类器件的芯片级铯原子钟系统的应用实验结果.根据芯片级铯原子钟对VCSEL在特定高温环境下产生894.6 nm线偏振激光的要求,对器件的量子阱增益及腔模位置等材料结构参数进行了优化,确定增益-腔模失谐量为-15 nm,使器件的基本性能在高温环境下保持稳定.研制的VCSEL器件指标为:20—90?C温度范围内阈值电流保持在0.20—0.23 m A,0.5 m A工作电流下输出功率0.1 mW;85.6?C温度环境下激光波长894.6 nm,偏振选择比59.8:1;采用所研制的VCSEL与铯原子作用,获得了芯片级铯原子钟实施激光频率稳频的吸收谱线和实施微波频率稳频的相干布居囚禁谱线.     

高功率垂直腔面发射激光器的湿法腐蚀工艺

为提高高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)光电性能,对氧化限制型高功率VCSEL湿法腐蚀工艺进行了实验研究。实验中采用H₃PO₄系溶液替代以往制备此类器件常用的H₂SO₄系溶液作为高功率VCSEL外延片的腐蚀液,利用扫描电镜(SEM)研究了腐蚀后外延片氧化窗口的腐蚀形貌变化与腐蚀液浓度的关系,消除了以往采用H₂SO₄系溶液腐蚀时,高功率VCSEL氧化层侧壁出现的"燕尾"结构;通过改变湿法腐蚀工艺的外部温度条件和腐蚀液的浓度配比,实验研究了高功率VCSEL湿法腐蚀速率规律,最后得出了制备高功率VCSEL时湿法腐蚀工艺的最佳外部温度条件与腐蚀液的最佳浓度配比。     

795 nm高温高功率垂直腔面发射激光器及原子陀螺仪应用

在传统的氧化物约束型的垂直腔面发射半导体激光器中,横向光限制主要取决于氧化层的厚度及其相对于腔内光驻波分布的位置.通过减少外延结构中氧化层与光场驻波分布之间的重叠,可以降低芯层与包层之间的有效折射率差,从而减少腔内可存在的横向模的数量,并增加横模向氧化物孔径之外的扩展.本文利用这一原理设计并制作了一个795 nm的大氧化孔径的垂直腔面发射激光器.器件在80℃下可实现4.1 mW的高功率单基模工作,最高边模抑制比为41.68 dB,最高正交偏振抑制比为27.46 dB.将VCSEL作为抽运源应用于核磁共振陀螺仪系统样机中,实验结果表面新设计的VCSEL可以满足陀螺系统的初步应用需求.     

亚毫安阈值的1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了室温连续工作的单模13 μm垂直腔面发射激光器（VCSEL）,阈值电流为051 mA,最高连续工作温度达到82℃,斜率效率为029 W/A.采用InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱作为有源增益区,由晶片直接键合技术融合InP基谐振腔和GaAs基GaAs/Al（Ga）As分布布拉格下反射腔镜,并由电子束蒸发法沉积SiO₂/TiO₂介质薄膜上反射腔镜形成13 μm VCSEL结构.讨论并分析了谐振腔模式与量子阱增益峰相对位置对器件性能的影响. 关键词： 垂直腔面发射激光器 晶片直接键合 应变补偿多量子阱     

Single-mode low threshold current multi-hole vertical-cavity surface-emitting lasers

A multi-hole vertical-cavity surface-emitting laser(VCSEL) operating in stable single mode with a low threshold current was produced by introducing multi-leaf scallop holes on the top distributed Bragg-reflector of an oxidationconfined 850 nm VCSEL.The single-mode output power of 2.6 mW,threshold current of 0.6 mA,full width of half maximum lasing spectrum of less than 0.1 nm,side mode suppression ratio of 28.4 dB,and far-field divergence angle of about 10 are obtained.The effects of different hole depths on the optical characteristics are simulated and analysed,including far-field divergence,spectrum and lateral cavity mode.The single-mode performance of this multi-hole device is attributed to the large radiation loss from the inter-hole spacing and the scattering loss at the bottom of the holes,particularly for higher order modes.     

Single-mode low threshold current multi-hole vertical-cavity surface-emitting lasers

A multi-hole vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) operating in stable single mode with a low threshold current was produced by introducing multi-leaf scallop holes on the top distributed Bragg-reflector of an oxidation-confined 850 nm VCSEL. The single-mode output power of 2.6 mW, threshold current of 0.6 mA, full width of half maximum lasing spectrum of less than 0.1 nm, side mode suppression ratio of 28.4 dB, and far-field divergence angle of about 10° are obtained. The effects of different hole depths on the optical characteristics are simulated and analysed, including far-field divergence, spectrum and lateral cavity mode. The single-mode performance of this multi-hole device is attributed to the large radiation loss from the inter-hole spacing and the scattering loss at the bottom of the holes, particularly for higher order modes.     

808 nm垂直腔面发射激光器列阵的温度特性分析

为了研究温度对808 nm InGaAlAs垂直腔面发射激光器（VCSEL）列阵输出特性的影响,通过变温塞耳迈耶尔方程计算了InGaAlAs量子阱VCSEL的温度漂移系数。采用非闭合环结构,制备了2×2 的808 nm垂直腔面发射激光器列阵,每个单元的出光口径为60 μm。通过热沉温度调节,对不同温度下的列阵激射波长、光功率以及阈值电流进行了测量。在温度为20 ℃、脉宽为50 μs、重复频率为100 Hz的脉冲条件下,列阵的最大输出功率达到56 mW,中心光谱值为808.38 nm,光谱半宽为2.5 nm,连续输出功率达到22 mW。通过变温测试,发现输出功率在50 ℃以上衰减剧烈,列阵的温漂系数为0.055 nm/℃。实验测得的温漂系数与理论值保持一致。     

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.     

基于SOA器件的色散补偿系统

基于半导体光放大器非线性效应提出一种连续可调谐的色度色散补偿方法.利用SOA的交叉相位调制效应,对10 Gbit/s和 40 Gbit/s RZ码系统的补偿效果和补偿范围进行了仿真分析.分析结果表明,该方法在10 Gbit/s传输系统中,可以实现补偿范围为400 ps/nm的正负色散.在40 Gbit/s传输系统中,可以实现补偿范围为40 ps/nm的正负色散.在理论分析基础上,进行了10 Gbit/s传输系统下连续动态色度色散测补偿实验.实验结果表明,该方法实现了-40～60 ps/nm范围内色度色散的连续可调谐补偿.     

Low power penalty tunable slow light using vertical-cavity surface-emitting laser amplifier

A tunable slow light of 2.5-Gb/s pseudo-random binary sequence signal using a 1550-nm vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) is experimentally demonstrated. The influences of the bias current and the gain saturation on the slow light are investigated. With bias current increasing, tunable optical group delay up to 98 ps is obtained at room temperature. Demonstration of the time delay between 16 and 24 ps by signal intensity change is reported. Under an appropriate bias current, by tuning the input signal to track the peak gain wavelength of the VCSEL, slow light of a power penalty as low as 1 dB is achieved. With such a low power penalty, the VCSEL has a great potential application as a compact optical buffer.     

基于F-P标准具的固体激光可调线宽控制技术

钠导星激光研制需激光线宽在一定范围内可调节。开展了F-P标准具压窄线宽数值模拟,设计一台高光束质量基横模线偏振激光输出全固态1064 nm激光器作为实验装置,结合激光器输出光谱特性进行计算。根据计算结果采用不同规格的单标准具、组合双标准具实现了激光线宽在0.75 ~2.83 GHz范围内的离散调节控制。在标准具未控温情况下,不同线宽时激光中心波长保持1064.58 nm,30 min内波长漂移量小于3 pm。     

非对称型光学交错梳状滤波器

提出了一种基于Gires-Tournois腔的非对称型光学交错梳状滤波器。理论上,通过调整两个波片的偏振延迟和Gires-Tournois腔的反射率,可以获得任意光谱带宽比的非对称型交错梳状滤波器件。分别对输出带宽比M=1∶3和M=1∶7的非对称型交错梳状滤波器的输出进行了数值模拟,确定两个波片的延迟和Gires-Tournois腔的反射率。分别设计和研制出了输出光谱带宽比M=1∶3和M=1∶7的器件,其中M=1∶3器件的两个输出通道的3 dB带宽分别为0.385 nm和1.161 nm,比值为M=1∶3.02,M=1∶7器件的两个输出通道的3 dB带宽分别为0.191 nm和1.331 nm比值M=1∶6.75。实验结果(光谱带宽比)与设计要求基本符合。     

双波长二极管合束端面抽运掺镨氟化钇锂单纵模360nm紫外激光器

报道了一种双波长半导体激光二极管(LD)合束端面抽运掺镨氟化钇锂晶体(Pr~(3+):LiYF_4)全固态、单纵模360nm紫外激光器.该激光器采用V形折叠腔结构,利用反射式体布拉格光栅作为波长选择反射镜来压缩光谱线宽,与法布里-珀罗(F-P)标准具组合构成窄带滤波器进行单纵模的有效选取,通过Ⅰ类位相匹配切割的倍频晶体三硼酸锂对腔内720nm基频光进行倍频.在444nmLD输出功率为1200mW和469nmLD输出功率为1400mW时,合束抽运获得了功率为112mW的连续单纵模360nm紫外激光稳定输出,光-光转换效率为4.3%.测量结果表明,边摸抑制比大于60dB,4h功率均方根值稳定性优于0.5%,1h频率漂移小于220MHz,激光振幅噪声小于0.5%.