应用于TDLAS的DBR激光器及新型激光器研究

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TDLAS测试系统具有选择性强、响应速度快、灵敏度高、可靠性好及非接触测量等优点,在工业生产中被广泛应用于气体探测。作为TDLAS系统的核心部件,要求使用的激光器线宽窄且波长可调谐。目前在近红外波段,TDLAS系统的光源以DFB激光器为主,该类激光器以温度粗调、电流细调的方式实现波长调谐,但调谐范围较小,只有1~2nm,通常只能覆盖单一气体的吸收峰。而相比之下,DBR激光器除了同样线宽窄之外,还可以通过电流调节实现较大范围的波长调谐。因此在本论文中我们对用于多种类气体检测的DBR激光器开展研究,从材料、工艺等多方面进行设计并制备了1.78μm的DBR激光器,并对其性能进行了测试。另外我们对采用隧道二极管和激光器的集成器件作为光载微波源的想法做了初步尝试。具体工作总结如下:  (1)国际上首次设计并制作了1.78μm的DBR激光器。我们采用优化生长条件、生长应变缓冲层及生长中断等方法完成了大应变量子阱材料的生长,获得良好的外延结构片。通过采用新配比的溶液刻蚀材料,再生长后获得了良好的对接形貌,实现了长波长材料有源无源的集成,并制作了1.78μm的DBR激光器,其可以实现9nm的波长准连续调谐,且单模激射,边模抑制比大于30dB。此激光器的研制填补了DBR激光器在此波段的空白,在气体检测领域有重要的应用前景。  (2)采用我们制备的1.78μ m的DBR激光器完成了水汽和甲烷两种气体的检测。在实验中,调节激光器的三个电流使其出射波长分别对准两种气体的吸收峰,通过对波长调制,采用二次谐波方式对被测气体进行检测,得到了明显的谐波信号,验证该激光器可以用于气体检测。DBR激光器的使用可大大简化多气体的TDLAS探测系统,并节约成本。  (3)首次设计并制作了隧道二极管和1.06-μm激光器的混合集成器件,并对其性能进行了研究。我们分别制备了GaAs基的隧道二极管和1.06-μmDFB激光器,并将二者混合集成,测试了其基本性能,在I-V,P-V特性曲线上都看到了明显的微分负阻区域。另外通过串联外电阻,测试了器件的双稳态特性。最后对器件的激光调制特性进行了讨论,为将该器件用于光载微波源系统提供理论依据。
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