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高阶光栅单纵模半导体激光器是一种新型的单纵模半导体激光器,它是一种通过在普通法布里-珀罗腔激光器的光波导上引入周期性折射率微扰对激光器的纵向模式进行选择,实现稳定单纵模工作的激光器。这种激光器可有效的解决传统边发射激光器所面临的多纵模激光输出等问题。另外,由于高阶表面光栅的制备工艺简单、性能稳定,使其适用于与其它光电子器件进行单片集成,这种新型激光器件具有广阔的应用前景。本文主要针对高阶光栅单纵模半导体激光器进行了光栅结构设计、器件制备及测试分析,具体的研究内容和结果如下:(1)采用传输矩阵理论和散射理论的方法对高阶光栅单纵模半导体激光器光波导结构的光学特性进行了分析,获得了高阶光栅耦合光波导的设计和计算方法。(2)采用非对称大光腔波导激光器结构,制备的2 mm腔长、100μm条宽高阶光栅分布布拉格反射型(DBR)激光器单管,实现了连续输出功率213 m W、光谱线宽40 pm、边模抑制比达到42 d B的单纵模激射。(3)设计并制备了一种双波长高阶光栅分布布拉格反射型(DBR)激光器,其腔长为2 mm、条宽为100μm,在注入电流为1.2 A条件下,实现了单边连续输出功率88 m W双波长激射,双波长的3 d B线宽都为40 pm,边模抑制比分别为35 d B和39 d B,波长间隔不小于0.58 nm。并采用拉曼光谱测试技术对高阶光栅耦合半导体激光器的可靠性进行了分析。(4)采用非对称大光腔波导激光器结构,制备的2 mm腔长、100μm条宽高阶光栅分布反馈型(DFB)激光器单管,实现了单边连续输出功率144 m W、光谱线宽40 pm、边模抑制比达到29 d B的单纵模激射。(5)根据部分相干光理论,首次提出一种测试高功率单纵模半导体激光器空间相干度的方法,利用该方法对高功率单纵模半导体激光器的空间相干度进行测试,发现该方法测试出的空间相干度比传统方法误差最高小27倍。又设计并制备一种高功率三角形VCSEL列阵,对其空间相干特性进行了定量的研究。