收藏本站
《吉林大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

980nm高功率垂直腔面发射激光器的研制及测试分析

赵路民  
【摘要】:垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers,简称VCSEL)是一种具有很大潜力的固体激光源,被称为新千年最重要的光通信器件。其优点为发散角小,易与光纤耦合,转换效率高,调制速率快,阀值很低,噪声小;垂直腔面很小,易于高密度大规模集成和成管前整片检测。VCSEL还非常适合在光互连、激光打印、气体检测、高密度光存储、显示方面的应用。 由于垂直腔面发射激光器这些独特的优点,国际上从八十年代就开展了有关的研究,主要集中在面向光通讯应用的850 nm波长器件上。但由于在材料生长和器件工艺上的限制进展一直缓慢。自九十年代中期发明了侧氧化技术以来,器件的阈值电流密度、输出光功率等指标得到迅速的提高。目前国际市场上波长850 nm、调制速率2.5 GHz的mW级小功率激光器已经商品化。 850 nmVCSEL是采用小的激光窗口(25 μm),输出功率为10 mW左右。由于在医学、材料加工、自由空间通讯和激光泵浦等方面对于大功率半导体激光器的市场需求日益增长,因而有必要开发大功率VCSEL。要想提高输出光功率,必需通过增大VCSEL的光束发射窗口面积,并相应增大VCSEL的有源区有效面积来实现。2001年德国ULM大学的M.Miller等采用底发射方法研制出了光束较为均匀的高功率VCSELs,单管连续功率为0.89 W,脉冲功率10 W。 在高功率VCSEL中,980 nm激光是一个非常重要的波段。980 nm是掺铒光纤放大器的泵浦源,在光通信中有极为重要的应用。980 nm还是掺钇光纤激光器的泵浦源。目前国际上大功率光纤激光器功率已经达到几千瓦,广泛用于工业加工、切割、焊接等方面。980 nm与808 nm等波段激光相比肉眼不可见,消除了“红暴”现象,可以在军事上用于目标指示、探测等,是隐蔽、安全的军用光源。其发展将直接推动激光引信、测距、跟踪、制导、武器模拟、点火引爆、雷达、夜视,目标识别与对抗等技术的更新换代,在现代及未来的战争和国防建设中将发挥重要的和不可替代的作用。所以研究980 nm高功率垂直腔面发射激光器具有极其重要的意义。 WP=71 本论文首先介绍了垂直腔面发射激光器的发展历史、研究意义以及应用前景,重点设计和制作了980nm高功率InGaAs/GaAs垂直腔面发射激光器,并对其进行了测试分析。 主要内容如下: 对垂直腔面发射激光器的有源区进行了理论计算。 确定了有源区应变量子阱的材料组分,阱宽,阱的个数等重要参数,设计了垂直腔面发射激光器所需的DBR材料和对数。利用MATLAB实现了对半导体反射膜的数值模拟。并对器件的外延片结构进行了设计,以便进行外延生长。 二、深入研究了垂直腔面发射激光器的关键制备工艺。 1、研究了湿法腐蚀技术,得出了合适的腐蚀液配比、腐蚀温度,做到了精确控制腐蚀深度和腐蚀后的表面质量。 经过实验研究,我们得到了优化的湿法腐蚀条件,即在腐蚀液配比为K2Cr2O7:HBr:CH3COOH=1:1:1、室温为220C时,腐蚀速率为 2.4um/min,为达到实验所需的腐蚀深度5um,腐蚀时间为125秒。 2、研究了湿法选择氧化工艺,对AlAs在高温水汽中氧化的原理及影响氧化的因素进行了深入探讨,AlAs氧化宽度与炉温、时间的关系、AlAs氧化宽度与氮气流量、水温的关系,摸索出合适的氧化条件。我们得到了经过优化的氧化工艺条件,即在炉温4200C、水温900C、氮气流量为1.5L/min时,可以精确控制AlAs的氧化深度。在节约能源的前提下,得到较好的AlAs氧化质量,从而可获得VCSEL较低的阈值电流,实现器件的室温连续激射。 3、研究了合金工艺,得到了最佳合金条件。在合金时间为120秒、90秒、60秒和40秒时,所测得的串联电阻随不同合金温度的变化关系。通过实验我们得到了优化的合金工艺条件:即3800C时合金40秒为最佳条件,此时得到的欧姆接触电阻最少。 三、摸索出了一套完整的制作垂直腔面激光器的半导体工艺,分别制作出了不同直径尺寸的面发射器件以及衬底和顶部出光的面发射器件,并设计和制作了具有微腔结构的边发射器件,得到了发散角较小的边发射器件。为传统的边发射器件降低其大的发散角提供了一种途径。 四、建立了一套室温脉冲和室温连续工作的测试系统,分别对器件在室温脉 WP=72 冲和连续工作条件下进行了测试。 深入分析了器件的P-I以及V-I曲线特性,并对器件的光束质量、远场分布、耦合效率以及器件在变温条件下工作的输出功率、激射波长、阈值电流、功率效率随温度变化的特性进行了分析。 我们采用湿法腐蚀和选择氧化相结合的工艺,研制出了980nm高功率垂直腔面发射激光器,实现了室温脉冲和连续工作,脉冲激射功率最高为1.7W,连续激射功率最高为1.4W,达到了国内领先,世界先进的水平,填补了国内研究高功率垂直腔面发射激光器的空白,为下一步的深入研究奠定了良好的基础。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN248

手机知网App
【相似文献】
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 战可涛;;输出镜反射率分布对正支共焦非稳腔模式及远场分布的影响[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
2 崔怀洋;吴坚;黄梦;宁永强;钱建强;;980nm垂直腔底发射激光器注入电流输运分布计算和调控[A];全国光电子与量子电子学技术大会论文集[C];2011年
3 姚永昭;岳瑞峰;刘理天;;硅基垂直腔面光发射器件的设计与实现[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
4 刘红婕;景峰;胡东霞;彭志涛;李强;周维;张昆;;高功率激光装置基频光远场的模拟分析[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
5 张利平;陈建国;杨华;陈海波;钱凌轩;施鹏程;;外腔锁相半导体激光器阵列超模的远场光瓣和次峰[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
6 尤云祥;缪国平;刘应中;;三维声散射反问题的一种快速算法[A];第十三届全国水动力学研讨会文集[C];1999年
7 唐前进;施翔春;胡企铨;;填充因子对激光组束远场功率分布的影响[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
8 何均章;高学燕;袁学文;谢川林;傅淑珍;苏毅;关有光;;模块化大靶面高能激光靶斑仪[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
9 彭勇;胡晓阳;田小强;周文超;解平;;大口径激光波前测量方法[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
10 王培峰;樊仲维;赵存华;牛岗;崔建丰;薛岩;;大功率半导体激光器光纤耦合中微圆柱透镜的应用[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 记者 钱铮;计算机传输再提速[N];人民日报;2006年
2 杨义灿;亨通光电:产品走向多元化[N];中国电子报;2005年
3 Molex企业布线网络部;您的主干足够强壮吗?[N];计算机世界;2005年
4 张志刚;光以太网挺进第一公里接入[N];中国计算机报;2003年
5 中国电子科技集团第二十八所 张豫沛;光纤还是6类[N];中国计算机报;2004年
6 汤怀京;光纤链路现场测试不一样[N];中国计算机报;2002年
7 周林;VCSEL影响网络测试[N];中国计算机报;2001年
8 陈宏城 翻译;二极管激光器电源(20)[N];电子报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 岳爱文;1.3μm GaInNAs/GaAs垂直腔面发射激光器的优化设计与制作[D];武汉大学;2004年
2 董丽丽;大功率半导体激光器阵列光束特性及其测试技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
3 袁海军;用于辐射高功率轴对称模的透镜天线的研究[D];国防科学技术大学;2005年
4 梁雪梅;大功率半导体激光器结构研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
5 佘俊;基于液晶与光子晶体的新型光子学器件的研究[D];浙江大学;2008年
6 丁鹏;提高大功率半导体激光列阵光束质量的实验和理论研究[D];北京工业大学;2009年
7 葛剑虹;外腔注入振荡改善半导体激光器模式特性的研究[D];浙江大学;2003年
8 刘光裕;光子微腔面发射激光器研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
9 侯立峰;高功率垂直腔面发射半导体激光器热理论与制备工艺研究[D];长春理工大学;2010年
10 余志华;基于光波导的芯片间光互连网络的设计与实现[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵路民;980nm高功率垂直腔面发射激光器的研制及测试分析[D];吉林大学;2004年
2 邓果;垂直腔面发射激光器非线性动态行为的仿真研究[D];西南交通大学;2004年
3 王青;高功率980nm垂直腔面发射激光器的研制[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
4 马延琴;大面积光栅的拼接理论研究[D];四川大学;2007年
5 孙海涛;基于垂直腔面发射激光器的多速率850nm小型可插拔光收发模块的研究与设计[D];吉林大学;2004年
6 李伟;激光光束质量评价方法与光束特性参数测量系统[D];长春理工大学;2009年
7 王力翔;F-θ透镜及其在光纤端面衍射远场分布测量中的应用[D];福建师范大学;2008年
8 张靖;侧入射垂直腔RCE光探测器及InP基外延层楔型结构制备工艺的研究[D];北京邮电大学;2006年
9 万军华;大功率半导体激光器阵列光强分布特性测试系统研究[D];大连海事大学;2008年
10 曹长庆;半导体激光器反源技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026