基于inasinp量子點(diǎn)的1.55μm可調(diào)諧外腔激光器

1、 分類號(hào)：TN929.1 學(xué)校單位代碼：10446 碩士學(xué)位論文 論文題目： 論文題目：基于 基于 InAs/InP 量子點(diǎn)的 量子點(diǎn)的 1.55μm 可調(diào)諧外腔激 可調(diào)諧外腔激光器 光器 研 究 生 姓 名 ： 汪洋 學(xué) 科、專 業(yè)： 通信與信息系統(tǒng) 研 究 方 向： 光通信 導(dǎo)師姓名、職稱： 王海龍 論文完成時(shí)間： 2012 年 4 月基于 InAs/InP 量子點(diǎn)的 1.55μm 可調(diào)諧外腔激光器 I 摘要

2、外腔量子點(diǎn)激光器由于其光譜譜線窄，可調(diào)諧范圍寬，在環(huán)境監(jiān)測、光譜分析和光纖通信等諸多領(lǐng)域有著不可或缺的作用。量子點(diǎn)半導(dǎo)體激光器具有體積小、效率高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在未來的光通信領(lǐng)域中發(fā)展，但由于量子點(diǎn)半導(dǎo)體激光器采用 S-K 自組織生長模式，使得量子點(diǎn)的尺寸很難控制，從而導(dǎo)致量子點(diǎn)的發(fā)光譜非均勻展寬。外腔半導(dǎo)體激光器克服了普通半導(dǎo)體激光器譜線寬、頻率穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，且它效率高、壽命長、頻率穩(wěn)定、波長調(diào)諧范圍寬，因此具有廣泛的用途

3、。雖然有 DFB 和 DBR 等結(jié)構(gòu)的激光器涌現(xiàn)，但是對于量子點(diǎn)激光器，其特殊的結(jié)構(gòu)決定了 DFB 和 DBR 很難在量子點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)，利用外腔可調(diào)諧技術(shù)可以有效壓窄量子點(diǎn)激光器的譜線線寬，而且外腔激光器可以對激光器的光譜進(jìn)行調(diào)諧，尤其是針對量子點(diǎn)激光器的寬增益譜的特性，可以調(diào)諧至更大的波長范圍，從而獲得兼具有兩者優(yōu)點(diǎn)的可調(diào)諧外腔量子點(diǎn)激光器，所以外腔對于量子點(diǎn)激光器來說意義重大。本論文利用氣源分子束外延技術(shù)（GSMBE）在 InP 襯底上

4、生長了 InAs 量子點(diǎn)激光器，在室溫下的光致發(fā)光的中心波長為 1.55μm。以此為基礎(chǔ)研制了高性能可調(diào)諧外腔量子點(diǎn)激光器，介紹了其結(jié)構(gòu)構(gòu)造，電路控制部分，以及可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器的工作原理，并對其性能進(jìn)行了一系列測試。本論文主要包括以下幾個(gè)方面： 1、 介紹了量子點(diǎn)激光器的特性及外腔量子點(diǎn)激光器的工作原理，分析其基本結(jié)構(gòu)，并對結(jié)構(gòu)中各個(gè)部件的功能及放置方法進(jìn)行了詳細(xì)解釋。對比了兩種國際主流的外腔激光器結(jié)構(gòu)：Littrow 和 Li

5、ttman 結(jié)構(gòu)，并分析其在我們所用系統(tǒng)中的可行性。 2、 詳細(xì)介紹外腔量子點(diǎn)激光器的電路控制部分，對精密電流源、溫度控制器、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的原理圖進(jìn)行分析。經(jīng)過測試可得，精密電流源的最大輸出電流為 1.5A，穩(wěn)定度小于 1μA；溫度控制器的溫度控制范圍為 5～50℃，穩(wěn)定度為 0.1℃；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓范圍為 0～110V，穩(wěn)定度為 10mV。 3、 在室溫條件下，分別用直流電流和脈沖電流測試了 InAs/InP 量子點(diǎn)外

6、腔激光器。在直流電流模式下，我們測得的調(diào)諧范圍為 70nm（1563～1633nm） ，能夠完全覆蓋光通信中波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)的 L 波段（1570～1605nm） ，而且閾值電流密度小于 1.6kA/cm2,在波長為 1.59μm 處，外腔激光器的最大輸出功率達(dá)到 23mW。在脈沖電流模式下，我們測得的調(diào)諧范圍為 73nm（1557～1630nm） ，而且閾值電流密度比在直流電流模式下還要低。 4、 測試了量子點(diǎn)激光器的腔長、注

7、入電流、溫度以及光柵角度對外腔激光器性能的影響，并發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。隨著激光器腔長的增加，調(diào)諧范圍會(huì)減小，閾值電流密度也會(huì)降低；隨著溫度升高，閾值電流密度也會(huì)升高；改變注入電流，其腔模會(huì)移動(dòng)，并出現(xiàn)跳?，F(xiàn)象。 5、 開發(fā)了一種基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)顯以及數(shù)字鍵盤輸入，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對話，可以更方便的調(diào)諧外腔量子點(diǎn)激光器的輸出光譜。設(shè)置了 RS-232 以及 USB 接口，便于與電腦拓展，安置了 Zigbee 通信模塊，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)與