大功率1060nm半导体激光器与THz单片集成芯片

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大功率1060 nm DFB激光器具有替代固体激光器,用于非线性倍频,作为光纤激光器种子源等广泛的应用前景。  本论文总结了大功率1060-nm半导体激光器的国内外研究进展,系统研究了影响1060-nm DFB激光器性能的关键参数。并对激光器的斜率效率、单模稳定性等参数进行了优化设计。论文还对GaAs基DFB激光器的相关工艺进行了优化,制备了大功率、单模稳定的1060 nm DFB半导体激光器。论文还研究了双模DFB激光器在拍频产生THz波系统中的应用,系统分析了单片集成THz波拍频源芯片的性能,设计并制备了1060 nm单片集成THz波拍频源。本论文的主要内容和创新点如下:  1.建立了研究大功率DFB激光器所需的波导有效折射率、光场分布、光栅耦合系数、内部损耗、远场分布、端面镀膜等计算平台。结合其他的模拟软件,组建了设计大功率DFB激光器的仿真系统。  2.通过对GaAs基DFB激光器的二阶光栅耦合系数的优化,制备出了单模电流为430 mA,单横模功率达到194 mW,边模抑制比大于55 dB的1064 nm DFB激光器。  3.研究了GaAs基半导体激光器内部损耗与波导结构的关系。通过对横向波导结构的优化,设计出了低内部损耗(~1 cm-1)的激光器结构。通过对侧向波导的研究优化,提高了研究了侧模稳定性。在此基础上制备了单横模功率350 mW的大功率FP激光器和单模功率接近300 mW,边模抑制比大于50 dB的1060 nm大功率DFB激光器。大功率1060 nm DFB激光器的单模功率为目前国内的最好结果,已接近到国际一流水平。  4.提出并设计了4μm大光腔横向波导结构,得到单横模功率为350 mW的FP激光器和单模功率为220 mW,边模抑制比大于50 dB的1060 nmDFB激光器。对DFB激光器在大电流下出现的双稳态特性进行了系统的研究,提出了DFB激光器双稳态的物理模型,并探索了双稳态DFB激光器作为光触发器的应用。  5.对4μm大光腔横向波导结构进一步优化,我们得到了高内量子效率的大光腔FP激光器。大功率FP激光器的单横模电流达到1.2A,功率达到620mW。这为大功率DFB激光器的研制奠定了基础,达到目前国内的最好水平。  6.探索了1060 nm大功率双模DFB激光器在拍频产生THz波系统中的应用,得到了拍频频率为2.68 THz和4.8 THz的拍频光束。设计并首次制备了基于大功率1060 nm DFB激光器的单片集成的THz拍频源。论文还系统的研究了1.55μm单片集成THz拍频源。拍频频率达到0.1 THz-2.25 THz。这是目前该类集成芯片中的最好结果。
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