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单片光子集成关键技术与宽带可调谐半导体激光器研究

江山

清华大学

摘要:单片光子集成是通信光电子器件最重要的发展趋势,诸多材料、结构和工艺的兼容性等基础问题迫切需要解决。宽带可调谐半导体激光器作为典型的光子集成器件,在智能光网络中发挥着越来越重要的作用。本论文研究了MOCVD对接生长、低损伤ICP刻蚀、脊形波导结构制作等光子集成关键工艺和技术,系统深入地进行了SGDBR可调谐半导体激光器的结构设计、参数优化、器件制作与性能测试,并对SGDBR可调谐半导体激光器的动态特性进行了模拟仿真。为了实现有源/无源波导之间低损耗、低反射的耦合连接,仔细优化了对接界面形状与MOCVD二次外延工艺,实现了波导间高质量的对接生长;利用集成无源波导—FP激光器方法,得到对接波导的内部光学损耗为7cm-1;利用精密反射计测量对接界面的残余反射在10-4量级。采用特殊设计的多量子阱结构,研究并优化了低损伤ICP刻蚀的关键工艺参数,得到了一种损伤低、形貌良好的Bragg光栅制作方法,并将其应用于1.55μm InGaAsP DFB激光器的制作。针对有源光子集成器件的横向限制结构,提出了一种优化的脊形波导制作工艺;结合吸收波导、弯曲波导以及端面镀膜等方法,研制出1.3μm AlGaInAs超辐射发光二极管器件,也进一步证明了该工艺的稳定可靠。系统全面地研究了SGDBR可调谐半导体激光器的有源区、无源波导区、横向限制结构和SGDBR腔镜结构的设计与优化,提出了一整套优化参数;建立了完整的器件制作工艺流程;研制的器件准连续调谐范围大于40nm,在整个调谐范围内的边模抑制比大于30dB。采用数字滤波器方法,建立了一个灵活高效的激光器动态特性分析模型,并验证了该模型的有效性;利用该模型,研究了SGDBR可调谐半导体激光器波长切换过程中的模式竞争与瞬态光谱变化,提出了一种减少波长切换时间、降低通道串扰的新方法。
基金资助:

“973”;;

  • 专辑:

    理工A(数学物理力学天地生); 电子技术及信息科学

  • 专题:

    物理学; 无线电电子学

  • 分类号:

    TN248.4

导师:

谢世钟;

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