【摘 要】
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分布布拉格反射（distributed Bragg reflector,DBR）半导体激光器作为一种高单色性光源,因其具有单纵模、窄线宽的特性而被广泛应用于光通信领域。DBR半导体激光器采用窄脊波导可以实现基模激射,但是激射功率较小,无法满足各应用领域对大功率的需求。而宽脊波导DBR半导体激光器的光束横模性能较差,主要体现在高阶侧模激射。为探索DBR光栅对侧模的影响,本文主要围绕DBR光栅形貌对侧
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分布布拉格反射（distributed Bragg reflector,DBR）半导体激光器作为一种高单色性光源,因其具有单纵模、窄线宽的特性而被广泛应用于光通信领域。DBR半导体激光器采用窄脊波导可以实现基模激射,但是激射功率较小,无法满足各应用领域对大功率的需求。而宽脊波导DBR半导体激光器的光束横模性能较差,主要体现在高阶侧模激射。为探索DBR光栅对侧模的影响,本文主要围绕DBR光栅形貌对侧模调控的作用及机理开展研究,优化锥形DBR光栅对高阶侧模的抑制效果,并根据结构特点开展器件制备及测试研究。本文具体研究内容如下:（1）对高阶DBR光栅的光反馈特性进行分析,并主要围绕DBR光栅的侧模调控机理开展研究。讨论了高阶DBR光栅各项参数对反射特性的影响;研究了锥形DBR光栅和直条DBR光栅的反射谱特性差异,并深入分析了形成这一差异的机理。基于模式阈值增益理论及模拟仿真,分析谐振腔内各阶侧模的能量分布特点;研究了各阶侧模在锥形DBR光栅中的传输损耗,阐明了锥形DBR光栅结构的光场侧模调控机理。（2）开展锥形光栅DBR半导体激光器（tapered grating DBR laser diode,TDBRLD）制备研究。依据高阶侧模能量分布和锥形DBR光栅结构的侧模调控机理,设计了一种具有锥形DBR光栅的半导体激光器件结构。锥形DBR光栅结构在保留其纵模选频功能的同时能够实现侧模调控的目的,改善器件的侧向光束特性。设计外延结构,基于MOCVD（Metal-organic Chemical Vapor Deposition）生长获得半导体激光器外延材料;依据器件结构特点设计器件制备工艺方案,探索TDBR-LD的制备工艺,优化各项工艺参数,制备获得TDBR-LD管芯。（3）对制备的锥形光栅DBR半导体激光器件管芯开展测试分析研究。测试结果表明,TDBR-LD在较大电流范围内光束特性得到改善,验证了锥形DBR光栅侧模调控特性的作用。相比于直条光栅DBR半导体激光器件（SDBR-LD）的“多光瓣”输出光斑,TDBR-LD出射光斑为“单光瓣”输出,且在1A电流下慢轴远场发散角达到5.23°,相比SDBR-LD提升了17%。得益于输出侧模特性的改善,在0.2A电流注入下与SDBR-LD光谱半峰全宽的0.703nm相比,TDBR-LD的线宽被进一步压窄,为0.429nm。同时TDBR-LD的最大输出功率达到473.01m W,与SDBR-LD的466m W相比略有提升。
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