【摘 要】
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半导体激光器广泛应用于光通信、气体探测、激光医疗和国防军事等领域,主要通过在外延层中引入布拉格光栅来实现单模激射。典型的单模半导体激光器有分布反馈式（Distributed Feedback,DFB）激光器和分布布拉格反射（Distributed Bragg Reflector,DBR）激光器,这两种激光器都采用掩埋光栅结构,需要二次外延,制作过程较为复杂,因此本论文对基于垂直耦合的高阶表面光栅D
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半导体激光器广泛应用于光通信、气体探测、激光医疗和国防军事等领域,主要通过在外延层中引入布拉格光栅来实现单模激射。典型的单模半导体激光器有分布反馈式（Distributed Feedback,DFB）激光器和分布布拉格反射（Distributed Bragg Reflector,DBR）激光器,这两种激光器都采用掩埋光栅结构,需要二次外延,制作过程较为复杂,因此本论文对基于垂直耦合的高阶表面光栅DBR激光器展开了研究,这种激光器无需材料再次生长,可采用标准光刻技术,制作成本低且可靠性高。通过优化激光器的结构参数,设计了一种低阈值单模的高阶表面光栅DBR激光器并对这种激光器进行了相对强度噪声（Relative intensity noise,RIN）的测试分析,主要研究内容是:（1）分析了2μm波段锑化物半导体激光器的方案特点,针对现有方案中存在的问题,提出了一种高阶表面光栅DBR激光器方案;使用Sadao-Adachi近似模型计算了In Ga As Sb和Al Ga As Sb材料在不同组分下的折射率,设计了该激光器的外延材料结构并采用等效折射率法确定了激光器单模工作的脊波导宽度。（2）介绍了一种光栅分析方法:散射矩阵法,对其进行了详细的推导后,基于Matlab平台构建了该方法的数值仿真程序,并用它对表面光栅的周期、刻蚀深度、占空比和长度等参数进行仿真优化,设计出具有高反射（～41%）、低损耗(0.65 cm-1)的高阶表面光栅结构;同时,基于速率方程建立了时域行波模型,并通过该模型对高阶表面光栅激光器进行了仿真,研究了光栅结构和激光器腔长等参数对器件阈值电流和输出功率等性能的影响;在此基础上,设计出了2.3μm单模高阶表面光栅DBR激光器,仿真获得该器件的阈值电流约8 m A,斜率效率约0.14 m W/m A,100 m A注入电流下的输出功率约13 m W。（3）介绍了半导体激光器相对强度噪声的基本理论和谱线特性,实验上搭建了一套相对强度噪声测试系统,并通过与商用设备的测试结果进行比对验证了该测试系统的准确性;同时,运用该测试系统对高阶表面光栅DBR激光器进行了详细的表征,结合激光器的输出功率和边模抑制比分析了该激光器的相对强度噪声特性,测试获得RIN约-141.7 d B/Hz,并估算了该激光器的调制带宽大于15 GHz。
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