InP基多量子阱環(huán)形激光器的優(yōu)化設(shè)計與特性分析.pdf

1、與基于光學(xué)放大器的馬赫-曾德干涉儀（SOA-MZI）和非線性光纖環(huán)路鏡（NOLM）相比，半導(dǎo)體環(huán)形激光器無需解理端面或光柵提供光反饋，并且它還具有集成度高、成本低、光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)、良好的波長選擇性等優(yōu)點，所以一直受到科研人員的廣泛關(guān)注。隨著研究的不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域已從激光陀螺和集成光源拓展到光學(xué)標簽交換、可調(diào)諧濾波器和光存儲器等方面。因此，半導(dǎo)體環(huán)形激光器被認為是構(gòu)建大規(guī)模光子集成回路的最具潛力的器件。
　　本文首先對InP基多量子

2、阱環(huán)形激光器的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。通過分析材料特性、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、環(huán)形諧振腔半徑以及耦合間距對器件性能的影響，設(shè)計了脊寬為2μm、刻蝕深度為1.8μm的脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)?；诓▌臃匠毯婉詈夏＠碚摚抡娣治隽藦澢鷵p耗隨環(huán)半徑的變化，以及耦合間距對耦合效率的影響，考慮到現(xiàn)有的工藝設(shè)備，設(shè)計了耦合間距1.0μm、環(huán)半徑為350μm微環(huán)激光器，相應(yīng)的耦合效率為5％。然后從半導(dǎo)體激光器的基本理論出發(fā)，推導(dǎo)出單波導(dǎo)耦合微環(huán)激光器的閾值電流密度表達式，以及它與多量

3、子阱結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。采用器件仿真軟件ATLAS建立了等效的環(huán)形激光器模型，對量子阱數(shù)、阱寬和壘厚對閾值電流及其溫度特性的影響進行了數(shù)值模擬，仿真結(jié)果表明，最佳的多量子阱結(jié)構(gòu)參數(shù)為M=5、dw=10nm和dB=10nm。
　　在此基礎(chǔ)上，基于特征溫度理論模型分析了半導(dǎo)體微環(huán)激光器在不同環(huán)半徑時的溫度特性。最后，根據(jù)優(yōu)化的材料和器件結(jié)構(gòu)參數(shù)，實驗制備出AlGaInAs/InP多量子阱環(huán)形激光器，并對器件的光學(xué)和電學(xué)性能進行了測試。