太赫兹(Terahertz)波是电磁波谱中重要且未深入开发的一个频段,可应用于成像、环境检测、安全检测等领域。太赫兹量子级联激光器(Terahertz quantum cascade lasers,THz-QCL)以其能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点,成为一种重要的THz辐射源。THz-QCL和分布反馈光栅(DFB)的结合是激光器发出单纵模激光的有效手段。THz-DFB-QCL已有较多研究,但是在基于二阶分布反馈光栅的面发射DFB-QCL中,光栅结构对模式竞争以及激光功率效率的影响还没有深入系统的报道。本文针对这一问题,开展了以下几方面的理论和实验研究:1)优化了双金属波导激光器器件制备的关键工艺——激光器脊条的感应耦合等离子体刻蚀(ICP)。获得了脊条侧壁陡直光滑的ICP刻蚀条件,可有效降低侧壁的无规散射2)利用本实验室自主生长的激光器材料,完成了双金属波导的THz-DFBQCL的器件制备。系统深入地表征了THz-DFB-QCL激光器在光谱、电流—电压—功率等方面的特征。3)研究表明:激光器在整个动力学范围内均稳定地工作在DFB结构横向及纵向的基模。横向基模的产生原因是脊条两侧的吸收边界有效提高了高阶横模的损耗。纵向基模的产生原因主要是谐振腔内基模与高阶纵模的电磁场分布交叠较大,且频率接近,从而避免了增益在空间和频域的烧孔效应。4)研究表明:激光器的辐射损耗随分布反馈光栅所含狭缝数目的增加而减小,导致激光器最高工作温度相应增加,阈值电流密度相应减小。但激光器的输出功率效率随之减小。另一方面,激光器的输入功率随光栅狭缝数增加而增加。这两个相反的效应导致只有特定的光栅周期数才能获得最大的输出功率。