论文部分内容阅读
本论文围绕研制室温低阈值电流密度、高连续(CW)工作温度的高性能中红外分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL)的目标，展开了中红外DFB-QCL的关键科学技术问题的理论和实验研究，包括：QCL有源区结构设计研究；在前人的InP基QCL热特性研究的基础上对QCL器件封装和工艺进行了优化，提高了DFB-QCL器件的CW工作温度；搭建了具有更大热容量和驱动能力的CW测试平台，发展QCL器件的热阻值测试新方法；对3～5μm中红外短波端最有发展前景的InAs基InAs/AlSb QCL的稳态热特性进行了研究。所取得的研究结果如下：
1.采用传输矩阵法进行Schordinger方程与Poisson方程的自洽求解，编写了QCL有源区能带结构及波函数的设计程序；运用所建立的软件，分别设计了基于“双声子辅助共振”和“束缚态到连续态”原理、激射波长为5.9～6.1μm的四阱耦合QCL。
2.采用有限元法、使用ANSYS软件对3～5μmInAs基InAs/AlSb QCL的稳态热特性进行了研究，着重研究了InAs/AlSb QCL器件结构参数对其热特性的影响，对比研究了InAs基InAs/AlSb、InP基应变补偿GaInAs/AlInAs和InP基GaInAs/AlGaAsSb这三种不同材料体系的中红外短波端QCL的热特性。
3.在对InP基GaInAs/AlInAs QCL进行热特性分析的基础上，对DFB-QCL器件的封装工艺进行了优化，采用厚镀金层正装封装的封装方式，改善了激光器件的散热特性，提高了器件的CW工作温度。
4.搭建了基于液氮制冷大热容量控温系统和大功率直流源的CW测试系统，可以进行77K～500K范围内的P-I-V特性和光谱特性测试，满足了性能日益提高的DFB-QCL器件的测试表征要求。
5.对原有氦压缩循环制冷系统和新的液氮制冷系统的光路进行了功率标定，得到了这两种制冷系统进行脉冲I-P特性测试时的响应率和真实的功率值；
6.设计了基于脉冲和直流驱动相叠加的全新测试方法，分别用光谱特性和阈值电流作为基准物理量，对QCL器件的热阻值进行了测量，获得了普通正装封装QCL器件的热阻值，为估算QCL器件CW工作时的有源区温度提供了依据。