基于inasinp量子點的1.55μm可調諧外腔激光器

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

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

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

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

5、ttman 結構，并分析其在我們所用系統(tǒng)中的可行性。 2、 詳細介紹外腔量子點激光器的電路控制部分，對精密電流源、溫度控制器、壓電陶瓷驅動器的原理圖進行分析。經過測試可得，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℃；壓電陶瓷驅動器的驅動電壓范圍為 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 量子點外

6、腔激光器。在直流電流模式下，我們測得的調諧范圍為 70nm（1563～1633nm） ，能夠完全覆蓋光通信中波分復用（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到 23mW。在脈沖電流模式下，我們測得的調諧范圍為 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，調諧范圍會減小，閾值電流密度也會降低；隨著溫度升高，閾值電流密度也會升高；改變注入電流，其腔模會移動，并出現(xiàn)跳?，F(xiàn)象。 5、 開發(fā)了一種基于單片機的控制系統(tǒng)，經過數(shù)顯以及數(shù)字鍵盤輸入，實現(xiàn)了人機對話，可以更方便的調諧外腔量子點激光器的輸出光譜。設置了 RS-232 以及 USB 接口，便于與電腦拓展，安置了 Zigbee 通信模塊，可以實現(xiàn)遠程聯(lián)網與