【摘 要】
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分布反馈（DFB）半导体激光器因其光谱线宽窄、稳定性好在多领域得到广泛应用。通过将光栅制作于器件表面,避免了二次外延工艺,减少了DFB半导体激光器的生产成本和周期,但目前具有表面光栅结构的DFB半导体激光器光谱线宽等特性相对较差。为探索高阶表面光栅对DFB半导体激光器性能的影响,本文围绕表面光栅光反馈特性和高阶表面光栅DFB半导体激光器特性开展了理论及工艺制备研究,具体研究内容包括:（1）从理论分
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分布反馈（DFB）半导体激光器因其光谱线宽窄、稳定性好在多领域得到广泛应用。通过将光栅制作于器件表面,避免了二次外延工艺,减少了DFB半导体激光器的生产成本和周期,但目前具有表面光栅结构的DFB半导体激光器光谱线宽等特性相对较差。为探索高阶表面光栅对DFB半导体激光器性能的影响,本文围绕表面光栅光反馈特性和高阶表面光栅DFB半导体激光器特性开展了理论及工艺制备研究,具体研究内容包括:（1）从理论分析入手,分析了DFB半导体激光器基本工作原理,基于耦合模理论及微扰理论对光栅的耦合特性进行了理论分析,讨论了光栅结构参数对耦合系数的影响;优化设计1.06μm DFB半导体激光器外延结构,仿真分析高阶脊表面光栅损耗及光反馈特性。（2）提出基于全息曝光技术的脊表面光栅DFB半导体激光器制备工艺,制备了光栅周期为1.29μm的脊表面光栅DFB半导体激光器。0.6 A连续电流驱动下,器件输出中心波长为1066.3 nm,输出激光的3 d B光谱线宽为0.2 nm;驱动电流为0.8 A时,激光器件获得了29 m W的输出功率。（3）提出一种基于掩埋金属掩膜的高阶脊表面光栅DFB半导体激光器件制备工艺,借助掩埋金属掩膜实现脊表面光栅刻蚀,解决了光栅和脊波导制备工艺相互影响的矛盾;基于提出的制备工艺,制备得到光栅周期为4.68μm的高阶脊表面光栅DFB半导体激光器,该器件在0.4 A连续电流驱动时获得33 m W的输出功率和40 pm的3d B光谱线宽。（4）建立侧向耦合非对称光栅结构的理论模型并开展研究,发现侧向耦合非对称光栅可以实现激光器谐振腔内更加均匀的光子分布,有效避免空间烧孔效应,有利于获得窄线宽的激光输出。实验制备两种高阶侧向耦合DFB半导体激光器,与高阶侧向耦合对称光栅DFB半导体激光器在0.6 A电流驱动时46 m W的输出功率、0.4 A时70 pm的3 d B光谱线宽相比,在相同测试条件下,高阶侧向耦合非对称光栅DFB半导体激光器输出功率71 m W,提升54%,3 d B光谱线宽降低至49 pm。此外,侧向耦合非对称光栅结构还可以降低耦合系数对光栅参数的依赖程度,有利于降低光栅制备工艺的难度。
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