硅基氮化鎵波長可調(diào)分布反饋激光器的分析研究.pdf

1、波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為一種重要的光源器件,在波分復(fù)用系統(tǒng)、可重構(gòu)的光分叉復(fù)用網(wǎng)絡(luò)以及干涉測量學(xué)﹑光譜學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　本文對基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的GaN波長可調(diào)諧分布反饋（DFB）激光器的工作機(jī)理進(jìn)行了分析與研究,建立了數(shù)學(xué)模型和仿真模型。通過對該模型在可見光波段單縱模激光輸出的分析與仿真,確定了可調(diào)諧DFB激光器特定波長輸出的結(jié)構(gòu)參數(shù)。從仿真結(jié)果來看,在光柵的格子數(shù)目、光柵厚度、光柵寬度以

2、及有源層厚度一定的條件下,結(jié)合微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù),通過機(jī)械調(diào)節(jié)方式,改變光柵周期,可以實(shí)現(xiàn)分布反饋激光器的波長可調(diào)諧.這對可調(diào)諧激光器的設(shè)計(jì)具有一定的理論參考意義。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1、提出了一種基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）設(shè)計(jì)的機(jī)械懸梁臂支撐懸空的GaN光子光柵的波長可調(diào)諧DFB激光器結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)該DFB激光器波長可調(diào)諧，我們將光柵區(qū)設(shè)計(jì)為懸空的自支撐結(jié)構(gòu)，光柵由靜電梳齒結(jié)構(gòu)驅(qū)動，兩端連接機(jī)

3、械彈簧做為懸梁臂。該激光器在完全保留了普通DFB激光器的結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特點(diǎn)的同時(shí)還兼具線寬窄、調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧速度快的優(yōu)點(diǎn)。
　　2、建立了一種分析波長可調(diào)諧DFB激光器特性的數(shù)學(xué)模型：首先對于光柵部分，由于材料本身發(fā)光范圍廣且具有制備光柵的特性，用有限元軟件Comsol和布拉格衍射光柵理論分析了光柵格子數(shù)目，光柵周期以及光柵深度對于光柵選模的影響，并反向驗(yàn)證了布拉格公式的正確性；然后，在確定了波長可調(diào)諧DFB激光器的光柵模

4、塊以后，首次將耦合波理論與等效介質(zhì)平板波導(dǎo)理論相結(jié)合，分析了該激光器二維穩(wěn)態(tài)模型的整體單模輸出特性，同時(shí)分析并給出了線寬特性曲線。該數(shù)學(xué)模型的建立為今后設(shè)計(jì)各類波長可調(diào)諧DFB激光器具有一定的參考作用。
　　3、通過有限元仿真軟件Comsol,建立了氮化鎵DFB激光器的二維穩(wěn)態(tài)仿真模型。通過對可見光波段進(jìn)行單縱模激光輸出的模擬仿真,得到了DFB激光器諧振發(fā)光條件下各波段結(jié)構(gòu)參數(shù)與輸出波長。其中著重進(jìn)行了光柵的格子數(shù)目、光柵厚度、光