用于产生太赫兹的双波长垂直腔面发射激光器

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1、中文图书分类号：TN248.4密级：公开UDC：38学校代码：10005硕士专业学位论文PROFESSIONALMASTERDISSERTATION论文题目：用于产生太赫兹的双波长垂直腔面发射激光器论文作者：刘白专业类别/领域：集成电路工程指导教师：郭霞教授论文提交日期：2017年5月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN248.4学号：S201402214密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（全日制）题目:用于产生太赫兹的双波长垂直腔面发射激光器英文题目:VERTICALCAVITYSURFACEEMITTINGLASERW

2、HICHISUSEDTOPRODUCETERAHERTZ(THZ)论文作者：刘白专业类别/领域：集成电路工程研究方向：半导体光电子器件申请学位：工程硕士专业学位指导教师：郭霞教授所在单位：信息学部答辩日期：2017年5月授予学位单位:北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确

3、的说明并表示了谢意。签名：刘白日期：2017.5关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：刘白日期：2017年5月日导师签名：郭霞日期：2017年5月日摘要摘要垂直腔面发射激光器(Vertical-CavitySurface-EmittingLaser，简称VCSEL)相对于面世更早的边发射激光器而言，有相当多独特并且实用的优势：易于单片二

4、维集成、工作电流阈值较低、动态单纵模工作模式下可以保持高度的稳定、调制带宽频率较高、制作成本较低。由于拥有上述优点，垂直腔面发射激光器从面世之初就受到了广泛的关注，并且在光纤通信、激光打印以及光子计算机等多个领域内迅速得到了应用，进而受到了更多研究者和科研机构的青睐。在激光器发展过程中，太赫兹频率范围的波鲜有涉及，在上个世纪八十年代中期之前，太赫兹在电子学领域被称为亚毫米波、超微波等，而在光子学领域被称为远红外，处于两种学科的边界，太赫兹波段两边的低频波微波和高频波红外波分别得到了较为成熟的发展，但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限，形成了

5、所谓的太赫兹空隙，即“THzGap”。在太赫兹波和微波频率范围内，激光器的研究比较少，其中太赫兹波缺乏有效的辐射产生和检测方法，相比其他已经具有成熟研究方法的波段，成为最后一个有待深入研究的频段。THz科学技术发展到今天，如何制造高效的太赫兹源已成为最关键的问题。现在的THz波辐射源技术按照学科分为两类，即利用电子学的方法和利用光子学的方法。利用电子学方法将电磁辐射的频率向高频延伸的方法虽然可以产生功率比较高的THz波，但频率较低，一般在1THz以下。利用光子学方法产生的太赫兹波方向性和相干性较好，这种方法的原理在于将光学方法产生的激光频率降

6、低。目前，已有的太赫兹源均无法将高功率、高能量、宽带可调谐、低成本、便携式、室温下稳定运转这些点集中于一身，这是最大的问题。本文从调整垂直腔面发射激光器的谐振腔长出发，使其多纵模工作，从中选出两个纵模，如果它们的频率差在太赫兹频率范围内，那么这两束激射波差频后即可得到太赫兹波。本文工作内容：1.从传输矩阵出发计算DBR反射谱，分析了影响DBR反射谱的因素，利用MATLAB模拟计算并分析了不同DBR对数的VCSEL器件的整体透射谱，在此基础上分析了加入插入层的VCSELs的透射谱。同时利用MATLAB模拟了上述对应结构的VCSEL的相位谱和驻波

7、谱。2.在IQE980nmVCSEL结构基础上，在不同位置插入铝组份不同光学厚度不同的AlGaAs，模拟其特性并进行观察、分析与总结。3.以插入层厚度为自变量，分析不同插入层与激射波长、激射波长对应频率以及频率差的关系（包括离散分析和连续分析）。I北京工业大学工程硕士专业学位论文4.通过光刻，选择性腐蚀，选择性氧化等等工艺流程，制备双波长垂直腔面发射激光器，并且分析其I-V曲线、P-I-V曲线，光谱，以及近场图像。结果显示具有插入层的VCSEL近场图片在激射波左侧出现了荧光，通过光谱图像可以得知，不同氧化孔径大小的器件所激射的双波长强度相差较

8、大。关键词：垂直腔面发射激光器；太赫兹；双波长；插入层II摘要AbstractVerticalcavitysurfaceemittinglaser(Vertical