脊型波导852nm半导体激光器模式特性研究

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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硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：脊型波导852nm半导体激光器模式特性研究论文作者：刘储学科：电子科学与技术指导教师：关宝璐副教授论文提交日期：2017年4月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN248.4学号：S201402011密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目:脊型波导852nm半导体激光器模式特性研究英文题目:FUNDAMENTALLATERALMODECHARACTERI-STICSOFTHE852nmRIDGEWAVEGUIDE

2、SEMI-CONDUCTORLASERDIODE论文作者:刘储学科专业:电子科学与技术研究方向:信息光电子学与光通信申请学位:工学硕士指导教师:关宝璐副教授所在单位:信息学部电子科学与技术学院答辩日期: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它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的说明并表示了谢意。签名

3、：刘储日期：2017年4月27日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：刘储日期：2017年4月27日导师签名：关宝璐日期：2017年4月27日摘要摘要半导体激光器是以半导体材料为光增益介质的一类激光器，由于其核心是一个本身具有光反馈结构的p-n结，因而通常称为激光二极管。当向p-n结注入电流时，激发产生受激辐射复合，并在谐振腔中建立光振荡。半导体激光器在实

4、际应用中有着重要的意义，它具有体积小、功耗低、寿命长、电光转换效率高、波段覆盖范围广等突出的优势，电泵浦或光泵浦都可以驱动其工作，可以灵活应用于众多场合。主要包括光纤通信、光盘存取、光谱分析和光信息处理等主要领域。而且，特别适用于激光夜视、激光引信、激光测距、激光雷达等军事应用。在原子钟和光泵磁力仪等原子传感、探测的高新技术领域中，以具有模式稳定、高光束质量和窄线宽的高性能852nm半导体激光器为泵浦光源，所获得铯原子频谱可以作为时间频率的精密测量、航天卫星光子惯性导航、车船空间定位与导引等。因此，高功率、低阈值、模式特性稳定的高光束质量852nm半导体激光器光

5、源逐渐成为人们研究的热点和重点。然而，在852nm激光器的应用中还存在着一系列的问题，例如，工作条件的变化（如：温度，电流等）容易导致激光器较为严重的不稳定性，致使输出功率、激射波长改变，造成整个系统无法运转。研究发现，对于脊型边发射激光器而言，侧向模式的变化是非常重要的影响因素。同时，激光器侧模在横向结构中受到多方面因素影响，物理成因较为复杂，使得单基模输出条件苛刻。其侧向方向上对于载流子和光子的限制都较弱，容易导致不稳定。对于脊型波导结构，由于光波导导引机制的竞争和模式竞争同时存在，使得侧向模式控制更为困难。因此，本文针对上述主要问题，开展脊型波导激光器侧向

6、模式研究，主要研究工作内容概括如下：1.首先，基于激光器波导理论、等效折射率方法，模拟研究了影响脊型波导边发射激光器侧向模式特性的关键因素及其物理机制。在此基础上，分析各阶侧模产生的条件、模式竞争的控制方法和侧模在谐振腔中传播过程的稳定性。最终得到单基侧模激光器整体结构设计参数；2.脊型波导结构激光器在侧向方向上要受到增益导引和弱折射率导引两种导引机制的共同作用。采用COMSOL多物理场分析软件建模仿真，模拟分析了在激光器激射之后两种导引机制相互转换的物理过程。使用FDTD模拟分析了脊型波导结构对光场的限制条件与侧向模式稳定性的关系，进而研究了激光器远场特性；3

7、.开展激光器制备工艺物理研究。在传统半导体激光器制备工艺基础上，采用自对准工艺方法制作窄脊852nm半导体激光器。该方法不仅保证了半I北京工业大学工学硕士学位论文导体工艺可靠性和准确率，而且有效地提高了激光器的成品率。与此同时，设计了一套适合于超窄脊型激光器的工艺流程和工艺方法，大大提升了激光器性能；4.在理论分析与工艺制备的基础上，开展了单基侧模半导体激光器测试分析工作。激光器结构设计参数为：腔长1mm、脊型台宽度5μm、脊型台深度500nm。最终实现了852nm激光器的单侧模稳定输出工作模式，激光器阈值电流为50mA，斜率效率达到0.7mW/mA。关键词：脊

8、型波导激光器；侧向模式；