【摘 要】
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半导体激光器因其体积小、重量轻、寿命长和效率高等优点,一直是激光器领域研究的热点。而硅光子混合集成外腔可调谐半导体激光器是外腔可调谐半导体激光器的一种,在波长宽可调谐、窄线宽和模式特性等方面,凭借其结构紧凑、体积小、成本低和易实现封装一体化等优势,受到人们广泛关注。～2μm波段在通信、传感探测和激光雷达等方面,具有数据容量大、色散低、损耗低、灵敏度高和探测距离远的特殊优势。目前,～2μm波段相关的
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半导体激光器因其体积小、重量轻、寿命长和效率高等优点,一直是激光器领域研究的热点。而硅光子混合集成外腔可调谐半导体激光器是外腔可调谐半导体激光器的一种,在波长宽可调谐、窄线宽和模式特性等方面,凭借其结构紧凑、体积小、成本低和易实现封装一体化等优势,受到人们广泛关注。～2μm波段在通信、传感探测和激光雷达等方面,具有数据容量大、色散低、损耗低、灵敏度高和探测距离远的特殊优势。目前,～2μm波段相关的光电器件、传输光纤已被突破。～2μm硅光子混合外腔可调谐半导体激光器光源将很有可能替代传统的1550nm波段,为更大容量数据光通信传输带来新的希望。同时,在～2μm波段附近有许多危险气体、污染源和温室气体等的强吸收谱线。因此,～2μm硅光子混合外腔集成可调谐半导体激光器是气体探测领域中的重要光源。本论文提出了～2μm波长硅光子混合外腔多环反馈可调谐半导体激光器结构。主要在1.95-2.05μm波长范围内,模拟研究了硅光子芯片上矩形直波导和多微环中的模式特性、结构参数影响和可调谐系统谐振的设计;完成了外腔自聚焦透镜耦合设计;搭建了～2μm硅光子混合外腔多环反馈可调谐半导体激光器的耦合系统和测试系统。本文首先介绍了可调谐外腔半导体激光器的应用、基本结构和研究现状;其次,研究了硅光子混合外腔可调谐激光器的线宽理论、调谐范围、波长选择和集成方式;接着,研究了Ⅲ-Ⅴ族SOA光源芯片的原理、结构设计和制备方法,以及部分输出特性;然后,着重通过对波导结构、模式传输以及多微环谐振腔结构参数进行设计优化,实现了基于多微环反馈结构的硅光子外腔芯片的结构设计和优化;最后,搭建了～2μm硅光子混合外腔可调谐半导体激光器的耦合系统和测试系统。重点是系统性的通过Lumerical MODE、FDTD和Interconnect软件研究了矩形直波导的TE、TM传播,设计出了～2μm（1978-2036nm）波段的TE00单模传输波导尺寸结构和Si基多环谐振腔结构。设计并研究了～2μm硅光子混合外腔可调谐半导体激光器集成方式,首次尝试利用自聚焦透镜模拟～2μm Ga Sb基SOA与多环反馈的硅光子外腔芯片混合集成,进行了耦合平台系统的搭建,完成了～2μm波长附近自聚焦透镜和SOA腔面端增透膜的设计和制备。
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