硅基氮化鎵波長可調分布反饋激光器的分析研究.pdf

1、波長可調諧半導體激光器作為一種重要的光源器件,在波分復用系統(tǒng)、可重構的光分叉復用網絡以及干涉測量學﹑光譜學等多個領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　本文對基于微機電系統(tǒng)（MEMS）技術的GaN波長可調諧分布反饋（DFB）激光器的工作機理進行了分析與研究,建立了數學模型和仿真模型。通過對該模型在可見光波段單縱模激光輸出的分析與仿真,確定了可調諧DFB激光器特定波長輸出的結構參數。從仿真結果來看,在光柵的格子數目、光柵厚度、光柵寬度以

2、及有源層厚度一定的條件下,結合微機電系統(tǒng)技術,通過機械調節(jié)方式,改變光柵周期,可以實現(xiàn)分布反饋激光器的波長可調諧.這對可調諧激光器的設計具有一定的理論參考意義。
　　本論文的主要創(chuàng)新性研究內容包括以下幾個方面：
　　1、提出了一種基于微機電系統(tǒng)（MEMS）設計的機械懸梁臂支撐懸空的GaN光子光柵的波長可調諧DFB激光器結構。為實現(xiàn)該DFB激光器波長可調諧，我們將光柵區(qū)設計為懸空的自支撐結構，光柵由靜電梳齒結構驅動，兩端連接機

3、械彈簧做為懸梁臂。該激光器在完全保留了普通DFB激光器的結構簡單、可靠性高等特點的同時還兼具線寬窄、調諧范圍寬、調諧速度快的優(yōu)點。
　　2、建立了一種分析波長可調諧DFB激光器特性的數學模型：首先對于光柵部分，由于材料本身發(fā)光范圍廣且具有制備光柵的特性，用有限元軟件Comsol和布拉格衍射光柵理論分析了光柵格子數目，光柵周期以及光柵深度對于光柵選模的影響，并反向驗證了布拉格公式的正確性；然后，在確定了波長可調諧DFB激光器的光柵模

4、塊以后，首次將耦合波理論與等效介質平板波導理論相結合，分析了該激光器二維穩(wěn)態(tài)模型的整體單模輸出特性，同時分析并給出了線寬特性曲線。該數學模型的建立為今后設計各類波長可調諧DFB激光器具有一定的參考作用。
　　3、通過有限元仿真軟件Comsol,建立了氮化鎵DFB激光器的二維穩(wěn)態(tài)仿真模型。通過對可見光波段進行單縱模激光輸出的模擬仿真,得到了DFB激光器諧振發(fā)光條件下各波段結構參數與輸出波長。其中著重進行了光柵的格子數目、光柵厚度、光