【摘 要】
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窄线宽、基横模半导体激光器件是激光通信应用的理想光源元件。为获得窄线宽、基横模的半导体激光,激光器件通常采用分布式反馈光栅（DFB）和窄脊波导设计。高阶侧向耦合DFB光栅因具有较大的周期且位于脊波导两侧,降低了激光器件的制作工艺难度。窄脊波导虽然可以有效地改善激光器件侧向上的横模（侧模）特性,但较小的端面出光面积限制了器件输出功率的提升。在宽脊波导两侧刻蚀损耗结构,可以在保证较好侧模特性的同时,有
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窄线宽、基横模半导体激光器件是激光通信应用的理想光源元件。为获得窄线宽、基横模的半导体激光,激光器件通常采用分布式反馈光栅（DFB）和窄脊波导设计。高阶侧向耦合DFB光栅因具有较大的周期且位于脊波导两侧,降低了激光器件的制作工艺难度。窄脊波导虽然可以有效地改善激光器件侧向上的横模（侧模）特性,但较小的端面出光面积限制了器件输出功率的提升。在宽脊波导两侧刻蚀损耗结构,可以在保证较好侧模特性的同时,有效地提升器件输出功率。但是由于侧向耦合光栅同样位于脊波导两侧,这种侧向损耗结构通常难以应用到侧向耦合光栅DFB半导体激光器中。本文主要围绕具有侧向损耗结构的高阶侧向耦合光栅DFB半导体激光器开展研究,分析高阶侧向耦合光栅结构的性能特点,探索侧向损耗结构的高阶侧模抑制机理,提出了一种DFB半导体激光器件结构,并开展器件制备研究。主要研究内容如下:1)基于耦合模式理论和麦克斯韦方程分析了高阶侧向耦合光栅结构参数与耦合系数的关系,软件模拟探究了光栅阶数、刻蚀深度等对侧向耦合光栅光反馈特性的影响;通过模拟研究了侧向损耗结构参数对于侧模损耗的影响,分析了其实现高阶侧模抑制的工作机理。2)提出一种具有侧向损耗结构和高阶侧向耦合光栅结构的混合DFB半导体激光器（LM-LC-DFB）。基于高阶侧向耦合光栅和侧向损耗结构的研究,提出LM-LC-DFB器件结构,在脊波导的中部和前端分别设计有高阶侧向耦合光栅和侧向损耗结构,并优化设计各器件结构参数。3)围绕LM-LC-DFB器件开展制作工艺研究。综合考虑LM-LC-DFB器件结构和各微纳工艺特点,设计器件制作工艺流程,探索LM-LC-DFB器件的制作工艺,优化器件制作工艺流程中的关键工艺参数,制备获得LM-LC-DFB器件管芯,完成器件管芯的封装。4)开展LM-LC-DFB器件管芯的测试分析研究。测试获得LM-LC-DFB的中心波长为1059 nm,3 d B光谱线宽为46 pm;在注入电流为0.6 A时,与宽脊波导半导体激光器相比,LM-LC-DFB高阶侧模得到有效抑制,远场光斑的暗线得到消除,侧向发散角由7.09°降低至5.92°;在保持单瓣远场光斑的情况下,LM-LC-DFB获得了259.19 m W的输出功率、0.52 W/A的斜率效率和23.4%的电光转换效率。
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