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单片集成半导体锁模激光器相比于固体锁模激光器、光纤锁模激光器具有体积小、功耗低、重频高、结构简单、稳定性高、易于大规模生产等优点，在未来高速光通讯系统、全光时钟恢复、光采样、光传感、生物医疗等领域都大有作为。 本论文回顾了单片集成单波长通道锁模激光器和多波长通道锁模激光器的研究进展，详细阐述了基于阵列波导光栅的单片集成式多波长通道半导体锁模激光器光源芯片的方案设计、材料外延、工艺制作以及器件测试等相关细节。本研究从基本的单波长通道锁模激光器着手，分别制作了20GHz两段式集成外腔锁模激光器和40GHz碰撞式集成外腔锁模激光器，在此基础上验证采用集束集成波导(BIG)技术实现的有源无源对接界面及二次材料外延的质量。最后通过整合半导体光放大器、半导体饱和吸收体、阵列波导光栅、无源波导延时线，经过工艺方案的优化设计，实现单片集成式多波长通道半导体锁模激光器光源芯片的研制。具体的工作和创新点如下: 1.研究制作了单片20GHz两段式集成外腔锁模激光器。激光器谐振腔长～2060μm，增益区长度1000μm，饱和吸收体长度90μm。通过将饱和吸收体置于反射腔面处实现基频20GHz的锁模脉冲序列输出。脉冲宽度2.9ps，时间带宽积为0.35，射频信号3dB线宽212kHz。 2.研究制作了单片40GHz碰撞式集成外腔锁模激光器。激光器谐振腔长～2060岬，增益区长度1000μm，饱和吸收体长度70μm。通过将饱和吸收体置于谐振腔长的1/2处实现了二次谐波40GHz的锁模脉冲序列输出。通过扫描正向电流和反向偏压，我们对锁模激光器的工作区域进行了研究。同时利用频率分辨光学开关技术(FROG)，我们对锁模激光器在不同偏压下的频率啁啾特性做了详细的分析。此激光器在正向电流I=204mA，反向偏压V=-5.4V时具有最高的信噪比(＞55dB)，此时脉冲宽度2.5ps，时间带宽积0.53，射频信号的3dB线宽25kHz。 3.首次创新性的实现了单片集成多波长通道基频同步锁模激光器。此激光器通过利用集束集成波导(BIG)有源无源对接技术，单片集成了半导体光放大器、半导体饱和吸收体和阵列波导光栅。被动锁模状态下脉冲序列重复频率为4.08GHz，通道间的脉冲宽度处于11.2ps-15.9ps之间，锁模频率可调范围约65MHz。其脉冲啁啾特性利用FROG技术进行了详细的分析。最后通过混合锁模的方式，此激光器在4.09GHz实现了多通道同步锁模脉冲序列输出，时间抖动为1ps（积分范围1kHz-100MHz）。 4.首次创新性的实现了单片集成多波长通道五次谐波锁模激光器。此激光器通过德国弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所(HHI)代工，利用对接再生长(BJR)有源无源集成技术，单片集成了半导体光放大器、半导体饱和吸收体、阵列波导光栅、无源波导延时线和模斑转换器。被动锁模状态下脉冲序列重复频率为12.68GHz，脉冲宽度9.3ps-17.4ps，3dB射频线宽约6kHz。集成芯片通过混合锁模的方式在12.729GHz实现了五倍频多通道同步锁模脉冲序列输出，时间抖动0.349ps(积分范围100Hz-100MHz)，混合锁模锁定范围约50MHz。 5.首次创新性的实现了单片集成多波长通道十次谐波锁模激光器的设计验证工作。此型激光器的制作工艺与多通道基频锁模激光器相同，除单片集成了半导体光放大器、半导体饱和吸收体和阵列波导光栅外，还增加了无源波导延时线和相区。被动锁模状态下脉冲序列的重复频率为28GHz，脉冲宽度11.3ps-14.4ps。