量子阱激光器高频建模技术研究

介绍了用于高速光电集成电路设计的量子阱半导体激光器高频建模技术, 以及相应的模型参数提取技术. 上述等效电路模型基于激光器的物理速率方程, 可以分析器件的小信号和大信号特性, 通过和测量数据的比较验证了等效电路模型的正确性.     

高功率、高光束质量半导体激光器研究进展

半导体激光器拥有效率高、体积小、重量轻、寿命长、波长丰富和可直接电驱动等诸多优点,同时由于受到光束质量限制,难以直接进行应用.如何提升高功率半导体激光器的光束质量一直以来都是国内外研究热点.本文主要面向工业加工及国防等领域对高功率、高光束质量半导体激光器的应用需求,从半导体激光单元技术和合束技术两方面的研究进展进行了论述.首先分析了激光单元结构与激光侧向、横向和纵向模式的关系,总结了国际上控制模式特性的一些典型结构;然后介绍了当前国际上高功率、高光束质量半导体激光合束技术及光源发展现状,并分析讨论了各种激光合束技术特点及发展趋势;最后展望了高功率、高光束质量半导体激光器的发展前景.     

基于重构-等效啁啾技术的三相移和双周期调制的分布反馈半导体激光器的数值研究

提出基于重构-等效啁啾(REC)技术设计的等效三相移分布反馈(DFB)半导体激光器,并进行了数值分析. 同时将多相移和周期调制(CPM)结构相结合, 提出一种新型的具有复杂光栅结构的分布反馈半导体激光器, 即双周期调制结构. 与双相移的分布反馈激光器相比较, 这种结构沿激光器腔有更加平坦的光场分布, 但是它们的功率-电流(P-I)曲线几乎相同. 同时基于等效-重构啁啾技术, 设计和分析了等效双周期调制半导体激光器. 数值分析结果表明, 类似于相移、甚至是任意的光栅周期变化结构, 都可以利用改变取样结构的方法去等效地实现. 但是, 他们的内部和外部的光学特征几乎和实际的相移, 以及任意变化光栅周期的分布反馈激光器的光学特性几乎相同. 等效-重构啁啾技术的一个突出优点是, 仅仅改变的是取样结构, 而种子光栅(取样结构中的实际的光栅)的周期是均匀的, 所以低成本的标准的全息曝光技术就可以实现它的制造. 因此, 相信这种方法可以实现各种高性能的结构复杂的分布反馈半导体激光器的低成本规模化生产.     

SGDBR可调谐半导体激光器波长切换理论研究

取样光栅分布布拉格反射(SGDBR)可调谐半导体激光器是一种典型而重要的单片集成光子器件, 在宽带光通信系统和智能光网络中有着良好的应用前景. 为了分析SGDBR可调谐半导体激光器的动态特性, 本文有效地结合了行波法和传输矩阵法的优点, 建立了一个适应性广泛、运算高效的分析模型: 激光器有源区采用时域行波法, 而对结构复杂的无源光栅区则采用频域传输矩阵法, 再通过数字滤波器将其变换到时域. 利用该模型对SGDBR可调谐半导体激光器波长切换的瞬态光谱和模式竞争进行了细致研究, 并提出在不改变载流子密度的条件下, 通过增加光栅区耦合因子来提高其波长切换的性能.     

大功率LED与半导体固态照明

半导体固态照明(Solid State Lighting)是21世纪最具发展前景的新技术之一.作为一种新型高效的固体光源,其具有寿命长、节能、绿色环保、色彩丰富等显著优点,将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃.粗略估计,我国照明用电每年在3000亿度以上,若用LED取代全部白炽灯或部分取代荧光灯,可节省1/3的照明用电,这对缓解能源危机、建设资源节约型和谐社会意义巨大.但半导体照明真正要实现大规模广泛应用,还需要克服制约其发展的瓶颈:出光、散热.从物理概念本身来看,LED的本质是一个半导体pn结,看似很简单,但其涉及了化合物半导体材料与制造、封装材料与集成、热学、光学、电学以及机械学等众多研究领域.     

耦合反馈激光混沌振幅调制全光逻辑门及光电复合逻辑门研究

理论研究耦合反馈半导体激光器混沌同步及其在光学数字逻辑门中的应用, 构建了三种基本的全光XNOR, NOR, NOT 门以及光电复合NOR 光学数字逻辑门的物理模型, 定义了这些逻辑门的计算原理和方法. 基本物理方法是, 让外部光注入到2 个激光器中产生激光混沌输出, 通过两激光器激光的相互耦合及反馈实现混沌同步. 在此基础上, 利用光的外部调制方法让两相互耦合激光分别在振幅调制下控制混沌同步或非同步, 实现了全光逻辑门的功能与计算. 然后联合激光的外部调制和激光器电流调制, 控制混沌同步或者非同步, 实现了光电复合逻辑门的功能与计算. 另外, 详细地数值分析了激光混沌再同步与再非同步对逻辑输出影响等问题, 结果证明了该方案的科学合理性与可行性.     

新型X射线影像存储屏的研究

室温下在Eu²⁺掺杂的BaBrCl中, 发现经X射线辐照后的光激励发光(PSL). 光激励谱和差吸收谱(DAS)基本相同, 均为峰值波长位于550和675 nm处的宽带谱, 表明经X射线辐照后F心形成. 这使得用半导体激光器代替气体激光器作为读出光源成为可能. PSL强度与X射线辐照剂量呈线性关系, 转化效率为BaFBr:Eu富士IP板的29%.     

高功率连续绿光激光器的研究进展

近年来,高功率绿光激光器的快速发展引起了国内外学者的广泛关注,已经逐步应用于工业加工、3C电子行业、医疗、军事国防等领域.本文首先对高功率绿光激光相比于近红外激光的优势和主要的应用场景进行介绍,然后对二极管泵浦全固态、半导体、碟片和窄线宽光纤倍频四种类型的高功率连续绿光激光器的国内外发展现状进行总结.其中,光纤激光器具有电光效率高、体积小、光束质量好、成本较低和散热好等特点,并且单通倍频的方案具有结构简单、易于调节安装等优势.将高功率窄线宽光纤激光器和单通倍频方案结合,是实现高功率高亮度小型化绿光激光输出的理想技术方案.然后,主要分析了当前高功率窄线宽绿光光纤激光器的关键技术、发展趋势和面临的主要挑战.最后,介绍了该类型激光器在焊接工艺中的应用,并对未来的发展进行了展望.     

LD及SLD驱动技术研究

论述了实现半导体激光器驱动技术的发展和方案,列出了国内外各大公司研究状况,并分析了实现控制的几种方案.     

甚短距离光互连集成电路

甚短距离光互连高速集成电路技术把光电子器件和高速集成电路紧密结合起来, 可提供多条高速并行信号通道, 在短距离内传输达到上百Gb/s甚至Tb/s的总带宽. 本文介绍了甚短距离光互连高速集成电路基本结构, 从甚短距离光传输系统应用研究、光源与探测器、高速光电芯片封装技术和关键高速电路等几个方面, 介绍了国内外该领域的最新研究进展. 最后对甚短距离光互连集成电路应用前景进行了展望.     

光纤环形外腔延时光反馈自相位调制提高半导体激光器混沌载波发射机带宽方法研究

提出光纤环形外腔延时光反馈半导体激光器混沌自相位调制(SPM)提高混沌载波发射机带宽方法, 建立了有光纤环形腔传输的SPM光反馈控制下的激光动力学物理模型. 理论导出SPM作用下激光双反馈频率失谐公式, 指出SPM产生的非线性相移影响了激光器增益和线宽增强因子, 其光纤二阶非线性效应使激光振幅和相位变化更加丰富, 其产生的非线性相移进一步增加了新的频率分量并使频谱展宽. 数值结果表明, SPM确能让激光器混沌带宽增加到4倍以上, 能使激光混沌张弛振荡频率增加到2.56倍, 激光混沌带宽随光纤长度、光纤耦合比例系数、反馈系数、光纤二阶非线性系数等增加而增宽.     

超高频38.5GHz半导体碰撞锁模皮秒光脉冲的产生

半导体超短光脉冲在长波长时分复用光纤通讯,超快数据处理,电光采样系统具有广泛应.常用的半导体短光脉冲产生方式有:增益开关技术、Q开关技术、锁模技术等.无论从理论上还是实践上,重复频率最高,宽度最窄的脉冲都是由锁模技术得到的.通过使用集成技术可以克服扩展腔结构中常见的机械稳定性不好,光路不易调整.而且存在复腔效应等缺点.在碰撞锁模激光器中,由于碰撞锁模效应和可饱和吸收体的吸收作用,脉冲前沿被吸收,后沿被光腔中的瞬间光栅散射,脉冲宽度得到大幅度削减.我们利用集成技术制备了1.5μm波长InGaAsP 碰撞脉冲锁模量子阱(CPM-QW)激光器(LD),测量得到脉宽5.1ps.     

磁性半导体

半导体材料是人们对其微观结构和宏观性质都研究得比较深入的一类材料.三十多年来,每种新的半导体材料的出现,常常伴随着新器件的发明和应用.比如,锗材料的研究及其制备工艺的成熟,促成了晶体管的发明和半导体工业的出现,硅材料的研究导致了晶体管制造工艺的改进和集成电路的问世;砷化镓材料的研究,则又伴随着体效应器件及半导体激光器的诞生,目前,在半导体领域中又有哪些材料值得注意呢?下面的三篇短文对其中的三种作了简要的介绍.     

多波长激光发射光子集成技术

针对光子集成芯片设计和制造中所面临的难点, 对多波长激光发射光子集成芯片中的多波长激光器阵列、单片集成, 芯片模块化耦合封装等核心技术进行了阐述. 利用重构等效啁啾技术, 二次压印模板技术, 大幅度放宽光子集成芯片对制备工艺中的苛刻要求, 降低了芯片制造成本; 通过端对接耦合技术和铟磷基阵列波导光栅技术, 解决了有源无源波导的单片集成问题; 建立了多端口分析模型, 实现了多参量动态特性的测试, 提出了寄生参数补偿的封装技术, 大幅度提升了芯片性能.     

直波导耦合输出AlGaInAs多量子阱环形激光器研究

采用InP基InAlGaAs多量子阱激光器外延材料结构, 利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺, 研制了多量子阱半导体环形激光器样品. 该器件通过加正偏压的环形结构谐振腔实现光激射, 然后借助紧邻的直线波导耦合将光信号输出. 环形谐振腔直径为700 μm, 波导宽度为3 μm. 用光纤对准直线波导端口耦合测试了环形激光器的光功率-电流特性曲线和激射光谱, 其阈值电流为120 mA, 在注入电流160 mA时从直波导耦合输出得到激射光谱的中心波长为1602 nm, 并结合光功率-电流特性曲线对环形激光器中的工作模式进行了初步分析.     

LD及SLD驱动技术研究

论述了实现半导体激光器驱动技术的发展和方案,列出了国内外各大公司研究状况,并分析了实现控制的几种方案。     

掺Yb3+大模场光子晶体光纤激光器获210 W输出

利用掺Yb³⁺双包层大模场光子晶体光纤(LMA PCF)构建激光器, 实现了中心波长为1.05 μm的210 W高功率连续激光输出. 使用光纤的长度为2 m, 其每米产生的激光高达105 W. PCF由中心波长为976 nm的半导体激光器双端抽运. 该光纤激光器的斜率效率为76%, 光束质量平方因子M²在x和y轴上分别测得为1.06和1.08. 在高功率激光输出情况下无任何热光损伤发生.     

蓝色光半导体激光器

IBM公司的研究人员研制出了创以10％效率记录的一台发蓝色光的半导体激光器。普通的蓝色光气体激光器一般只能把低于0.1％的电输入功率转变成蓝光。目前应用中的半导体激光器体积小、效率高,其输出直接随输入电流变化,因此便于控制。这些优点使它们在激光打印机上和光导纤维通迅方面得到应用。 IBM公司采用了一种新方法,把红外光通入一种称为铌酸钾的特殊晶体,通过铌酸钾的光其频率得到加倍,结果缩短了普通半导体激光器的波长。这个过程称之谓“谐波振荡”。用这种方法,波长为856毫微     

宽禁带氧化锌半导体材料的未来与挑战

正第三代半导体材料具有宽禁带、高击穿场强、高激子束缚能、高饱和电子漂移速度的典型特征,在半导体照明、下一代通信技术、能源互联网、高速轨道交通、电力电子器件与新能源器件等领域应用广泛,已经成为未来半导体材料领域全球战略竞争新高地.近年来,美国、日本、英国、欧盟等国家和地区分别通过启动国家计划、设立国家创新中心等方式,持续加大对第三代半导体材料与器件的基础研究,不断推进其技术实现应用突破.自     

非原生掺杂半绝缘磷化铟(InP)及其应用对比

过去的几年中,由于1.31和1.55 μm波长半导体激光器在光纤通信领域得到了广泛的应用。磷化锢(InP)衬底材料的研究和规模化生产因此受到了极大的推动,并已逐步成为继硅(Si)和砷化镓(GaAs)之后又一重要的化合物半导体材料.与GaAs相比,InP晶体具有高的饱和电场漂移速度、良好的导热性和较强