非对称波导结构提高980nm激光二极管电光效率的机理研究

采用高电流注入条件下的载流子扩散方程和复折射率波导模型情况下的亥姆霍兹方程,对980nm高功率激光二极管外延材料的非对称和对称波导结构的光吸收损耗进行了理论计算。采用低压金属有机化学气相外延技术制备了两种波导结构的外延材料,并制作了激光器件,进行了光电特性测试和对比分析。理论计算和实验结果表明:与对称波导结构相比,非对称波导结构外延材料并未减小光吸收损耗,而是减小了串联电阻,因而降低了器件的焦耳热损耗,从而提高器件的电光效率。

976nm非对称波导结构高效率半导体激光器

对976 nm激光器的三种非对称波导结构,即非对称直波导结构、非对称渐变波导结构和非对称梯形波导结构进行了基模光场和折射率分布的模拟,通过与对称波导结构的模拟结果进行对比,得到非对称直波导结构和非对称梯形波导结构的量子阱限制因子ΓQW较小,这样在相同量子阱厚度dQW下,dQW/ΓQW的值较大,可获得较大的光点尺寸,改善出光功率。将四种结构制作成2 mm腔长的1 cm巴条,在25℃室温连续测试和110 A的条件下,其中以非对称直波导结构电压最低为1.45 V,电光转换效率最高达到70%。对非对称直波导结构、非对称渐变波导结构和对称渐变波导结构进行内部参数提取,结果表明内量子效率基本一致,内损耗均小于1 cm-1。

双层石墨烯非对称波导中导模的色散关系

从具有能隙的双层石墨烯载流子所满足的哈密顿量出发,研究了非对称外势产生的波导结构中导模的存在性.在给定不同外势区域波函数的情况下,利用势垒边界处波函数的连续性条件,解析推导出了非对称波导中导模的色散关系,讨论了双层石墨烯的能隙对导模性质的影响.该研究为基于双层石墨烯波导器件的实际应用提供了理论依据.

808nm大功率无铝有源区非对称波导结构激光器

采用分别限制非对称波导结构,将光场从对称分布变为非对称分布,降低了载流子光吸收损耗,并允许p型区具有更高的掺杂水平,从而使器件电阻降低。对GaAsP/GaInP张应变单量子阱（SQW）非对称波导结构激光器的光场特性进行了理论分析,设计了波导层厚度,并制作了波长为808 nm的无铝有源区大功率半导体激光器.器件综合特性测试结果为：腔长900μm器件的阈值电流密度典型值为400 A/cm^2,内损耗低至1.0 cm^-1;连续工作条件下,150μm条宽器件输出功率达到6 W,最大斜率效率为1.25 W/A.器件激射波长为807.5 nm,平行和垂直结的发散角分别为3.0°和34.8°。20～70℃范围内特征温度达到133 K。结果表明,分别限制非对称波导结构是降低内损耗,提高大功率半导体激光器特性的有效措施。

对称三层平面光波导模式方程的分析

曲折光线法和解波动方程是分析平面光波导的基本方法。若将两者有效的结合 ,则分析问题会十分简便。本文首先用解波动方程的方法求出非对称波导的模式方程 ,然后结合曲折光线法得出的模式方程导出对称波导的模式方程。

基于非对称波导限制层的高功率窄线宽1．5μm分布反馈激光器

报道并制备一种脊波导结构的大功率1．5μm分布反馈（DFB）激光器。为了获取最大的激光器出光功率，采用上下限制层非对称的波导结构。通过模拟仿真发现，当下限制层选择为450nm时，该激光器具有最小的内部损耗系数，同时还能保证一阶模（m=1）在量子阱区具有最小的限制因子。实际制备的管芯的损耗系数为9．78cm^-1，这与仿真中计算的损耗系数9．3cm^-1较为符合。600mA直流电流下，制备的法布里-帕罗（F-P）腔激光器最大功率大于114mW；255mA直流电流下，制备的单波长DFB激光器具有45dB的边模抑制比，40mW输出功率，和小于400kHz的光谱线宽。

奇偶对称波导中的基态光学模式及其稳定性

考虑一个特殊的非线性奇偶对称模型,研究相关的基态光学模式,并通过功率和复折射率虚部的振幅之间的依赖关系来直观地判断光学模式的稳定性,这对理解和掌握奇偶对称复折射率分布波导中的光传输特性具有非常重要的实际意义。

一种超宽带非对称共面波导-槽线转接器的研究

为了提高共面波导与槽线连接的灵活性，并展宽其带宽，该文提出一种超宽带非对称共面波导-槽线转接器结构。利用时域有限差分法，基于PML吸收边界条件，计算了非对称共面波导-槽线转接器在1～12GHz的S参数，分析了非对称共面波导槽宽比对转接器性能的影响。从计算结果可以看出，非对称共面波导槽宽比对转接器性能的影响呈现出一定的规律性，从而得出非对称共面波导结构与槽线的连接，在设计灵活性、阻抗匹配及带宽展宽方面均优于对称共面波导-槽线转接器。

一种非对称共面波导相位补偿弯曲结构

提出了一种采用非对称共面波导进行相位补偿的弯曲共面波导结构。该结构在传统共面波导弯曲结构中引入由非对称共面波导、共面波导以及渐变短截线组成的周期性结构,以解决传统弯曲结构中,因两槽中的信号存在相位差而激发奇模的问题。所提出结构具有等阻抗特性,这对于信号的传输是有益的。理论分析和仿真测试结果证明了这一结构在相位补偿上的有效性,结合数值计算的设计方法亦得到总结。

不对称脊波导宽边中心裂缝天线的设计

介绍了 ２８ 单元不对称脊波导宽边中心裂缝阵列天线的设计过程和试验结果。

非对称单脊波导裂缝阵天线分析

将Elliott关于矩形波导裂缝阵理论推广运用到非对称单脊波导裂缝阵天线上，在考虑了裂缝外部互耦影响的情况下，给出相应的两个设计方程，同时给出8单元谐振裂缝线阵的具体计算和设计方法。加工样品的近场和远场测试结果证明了本文理论和设计方法是正确有效的。

面向CAD的非对称共面波导模型及分析

本文首次提出了一个上下屏蔽的多层介质非对称共面波导模型 ,并进行了分析 .给出了它的有效介电常数 ,单位长度电容和特性阻抗的解析表达式 .并且对由模型所演变出的一个具体实例进行了数值计算和实验测试 .最后对该模型所能够演变出的具体CPW的种类进行了归纳与分类 .

非对称异质波导半导体激光器结构

提出了一种非对称异质波导半导体激光器外延结构,即通过优化选择材料体系和结构厚度,对器件外延层的P侧限制结构和N侧限制结构分别设计,从而降低器件的电压损耗,使其满足高输出功率以及高的电光转换效率的要求.从载流子的输运和限制等微观机制出发,对器件的主要输出特性进行了理论分析和数值模拟,并以此为根据设计和制作了一种1060 nm In Ga As/Ga As单量子阱非对称异质波导结构半导体激光器,并对器件的主要输出特性进行了测试.实验结果表明,非对称异质结构是降低器件的电压降、增大限制结构对注入载流子的限制,提高半导体激光器电光转换效率的有效措施.

利用时域有限差分法计算并分析非对称共面波导色散特性

利用FDTD方法对ACPW的色散特性进行了计算与分析,给出了计算ACPW的FDTD全空间计算模型,取高斯脉冲的激励,选择Mur二阶吸收边界条件,计算得出几种结构的ACPW的特性阻抗Z0(ω),并绘出了Z0随频率变化的曲线.计算结果与测试值取得了良好的一致性.

非对称单脊波导的积分方程法分析

基于积分方程法的分析途径，本文提出计算任意截面柱形金属波导中主模和高次模的特征值和特征向量的数值方法。本文运用此方法对非对称单脊波导进行了深入的理论和实验研究，给出了该种波导的本征值、电中心线偏移量、壁电流分布、带宽特性、损耗和功率容量等的理论计算结果，这些结果对非对称单脊彼导共线裂缝阵天线单元设计有较高的实用价值。

高斯型PT对称波导中高斯光波的控制

基于光波在PT(Parity-Time)对称波导中传输的理论模型,采用数值模拟研究了高斯光波在高斯型PT对称克尔非线性平板波导中的传输控制特性。PT对称波导要求其折射率分布呈偶对称,而增益/损耗分布呈奇对称。研究结果表明:在高斯型PT对称波导中,基模高斯光波可以形成波浪形光束,并稳定地传输;随着折射率分布强度的增加,波浪形光束的振荡频率增加,振荡幅度减小。一阶高斯光波在PT对称波导中传输时,在折射率较大的条件下,两束光可以被束缚在波导中心稳定地传输,而二阶高斯光波则需要更大的折射率分布强度才能被束缚。该研究结果可为PT对称波导在全光开关控制上的应用奠定理论基础。

不对称脊波导截止波长的计算

将计算矩形波导和对称脊波导导内波长的横向谐振法推广用于计算不对称单脊波导的导内波长和电中心线对波导宽边几何中心线的偏置。介绍了为保证脊波导截止波长或导内波长不变的情况下 ,设计不对称脊波导的方法 ,并给出了一些计算结果和试验结果。

不对称脊波导的传输特性

提出了用有限差分方法分析不对称脊波导主模的截止波长和场结构图等传输特性,推导出用有限差分方法计算相关参数的公式。脊波导中主模的截止波长可随脊位置的变化而变化。文中编程计算了不对称脊波导、L型波导脊位置变化时截止波长和场结构的变化规律,给出了计算数据和曲线图。计算结果与相关文献非常吻合,证明文中提出的计算方法和计算结果是正确和可行的。

基于对称金属包覆波导的高精度微位移测量

利用对称金属包覆波导中超高阶导模对入射角度高度灵敏的特性,提出了一种新型的实时高精度微位移测量方法.与将压电材料置于导波层中不同,该方法是在压电材料上粘合一平面镜,并放置于一凸透镜的焦平面处.当对压电材料加载电压而产生微位移时,经凸透镜返回的2条边缘光线会产生微小的入射角度变化,从而引起反射光强的急剧改变.该方法的微位移测量精度和测量范围分别为0.5和170nm,且具有结构简单、实时测量等优点,可应用于微机电系统和精密控制领域.

非对称共面波导弯曲结构模式转换的研究

针对传统共面波导弯曲结构传输损耗较大的问题,研究了非对称共面波导弯曲结构.将时域多分辨率分析算法与从Y参数提取c模、π模特性阻抗的方法相结合,推导了二端口两种模式的散射矩阵计算公式.计算了非对称共面波导弯曲结构的传输系数.在理论分析的基础上,提出了一种测试模式间能量转换的实验装置.理论分析和实验结果证明:相对于传统共面波导弯曲结构,非对称共面波导弯曲结构的模式间能量转换更低,传输损耗更小.