嵌埋材料对分布式布拉格反射镜腔共振模式的影响

低维材料嵌入微腔已经广泛应用于纳米激光器和探测器等。为了实现增益材料和光学微腔之间的有效耦合,需要深入研究嵌埋材料对腔共振模式的影响。本文主要讨论了嵌埋材料的厚度、位置、腔层厚度以及分布式布拉格反射镜的对数对腔供着模式的影响。结果表明,腔共振模式随嵌埋材料位置的不同呈现周期性变化并且在λ/2光程周期内存在最大峰位移。最大峰位移随腔层厚度增加而减小,但与嵌埋材料的厚度成正比。分布式布拉格反射镜的对数不影响腔共振模式。这些结果为光学器件的设计和实验现象的分析提供了指导,并且可以应用于不同波长分布式布拉格反射腔结构。

基于布拉格反射镜的单模太赫兹量子级联激光器

常规的分布式布拉格反射(DBR)半导体激光器中,增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2,以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器(THz-QCL),并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构,利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔,利用有源区增益谱较窄的特点,通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠,从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距,即显著提高了激光器中增益区域的长度,从而降低阈值并提高功率特性。实验上,作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器,单模激射的频率为2.7 THz,边模抑制比达到25 dB,该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。

布拉格反射波导半导体激光器的研究

高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、医疗、传感、空间通讯和国防上有着极其重要的应用,但传统半导体激光器面临垂直发散角大、椭圆光斑的难题,限制了其直接应用。为了降低激光器的垂直发散角,本项目采用布拉格反射波导结构,利用光子带隙导引替代传统的全反射进行光场限制,优化设计了多种布拉格反射波导激光器结构,并制备了高性能的激光器器件。首先,采用传输矩阵理论和布洛赫波近似的方法计算了布拉格反射波导的模式色散关系,发现通过控制腔模光场分布,可实现不同远场的激光输出。接着,针对布拉格波导光子带隙导引机制,深入研究了四分之一波长布拉格反射波导激光器、单边布拉格反射波导激光器的光场特性,弄清了影响此类激光器远场的本质因素,最终设计并验证了一种布拉格反射波导双光束激光器,激光器在垂直方向可输出两个对称的、近圆形光束,单光束垂直和侧向发散角半高全宽分别低至7.2°和5.4°。另外,通过调控光缺陷层,使激光器工作在受抑隧穿光子带隙导引机制下,实现了超窄的单光束激光输出,激光器单管连续输出功率超过4.6 W,垂直发散角最低降至4.9°(半高全宽)和9.8°(95%功率)。这种高功率、窄的圆形光束输出可以大幅降低半导体激光器的应用成本,提高泵浦或光纤耦合效率,具有广阔的应用前景。

高亮度布拉格反射波导激光器

设计并制备了808 nm波长布拉格反射波导激光器,在垂直方向采用光子带隙效应进行光场限制,实现了超大光模式体积和单横模激射。所制备的10μm条宽、未镀腔面膜的器件在室温、准连续条件下的总输出功率可超过650 mW,最高功率受热扰动限制。激光器垂直方向和水平方向的远场发散角半高全宽分别为8.3°和8.1°,这种近圆形的光束输出可以有效地提高激光器的耦合效率。

复合布拉格反射镜高亮度AlGaInP发光二极管

采用光学薄膜理论中干涉矩阵模型计算了峰值波长为630nm的AlGaInP红光LED的Al0·6Ga0·4As/AlAs材料的常规DBR和复合DBR的反射谱特性,用LP-MOCVD方法生长了模拟设计的DBR结构,测量了其白光反射谱,实验与模拟结果基本符合.制备了采用Al0·6Ga0·4As/AlAs复合DBR的LED器件,未封装输出光功率为2·3mW,外量子效率为5·6%,发光效率可达12lm/W,比常规DBR器件提高了35%.验证了复合DBR与常规DBR相比,可以大幅度提高AlGaInP红光LED的出光效率.

基于分布式布拉格反射器结构的空间三结砷化镓太阳能电池抗辐照研究

根据电子辐照条件下的常规三结砷化镓太阳能电池光谱响应以及电池电流的损伤特征,确定电池衰减的物理机理:中电池在电子辐照后形成的辐照损伤缺陷,使得基区少子扩散长度被大幅缩短,影响了光生载流子的收集.针对中电池衰减的物理机理,设计不同的基区厚度,验证辐照后扩散长度缩短至1.5μm左右.为提升中电池抗辐照性能,消除辐照后扩散长度缩减带来的影响,对中电池外延结构进行设计,将中电池基区减薄至1.5μm,并在其下方嵌入分布式布拉格反射器,对特定波段光反射进行二次吸收,弥补中电池减薄的影响.通过TFCalc光学模系设计软件模拟出的中心波长为850 nm,15对Al_(0.9)Ga_(0.1)As/Al_(0.1)Ga_(0.9)As的分布式布拉格反射器,实际测试最高反射率大于97%,高反带宽94 nm,能够满足设计要求.此基础上进行了新结构电池的外延生长与辐照测试对比.实验结果表明:新结构太阳能电池辐照后短路电流衰减比原结构降低了50%,效率的剩余因子提升2.3%.

AlGaN/GaN分布布拉格反射镜的设计与表征

设计了反射中心波长为500nm的A l0.3Ga0.7N/GaN和A lN/GaN两种分布布拉格反射镜(DBR),并采用光学传递矩阵方法对其光谱反射率进行了理论上的模拟。采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备了样品。实际测量的样品反射谱中有明显的反射峰,但峰值波长与理论设计有偏差,峰值反射率也比理论设计值偏低。SEM和AFM测量结果表明:这是由生长层厚与设计的偏差和界面不平整引起的。

一种基于布拉格反射波导的表面等离子体激光光源(英文)

设计了一种基于布拉格反射波导的新型表面等离子体激光光源。这种光源结构简单,便于集成,可以在室温电泵浦的条件下工作,同时可以输出约毫瓦量级的表面等离子激光,相比于文献报道中纳米尺度的纳瓦级表面等离子体激光光源要高很多。该表面等离子体激光光源发射波长为808 nm,布拉格反射波导所提供的倾斜激光光线在我们设计的准Otto模型中可以直接耦合成为表面等离子体。

布拉格反射波导激光器的光谱特性(英文)

设计并制备了基于双边非1/4波长布拉格反射波导的边发射半导体激光器,中心腔采用低折射率材料,在垂直方向利用布拉格反射进行光限制,实现了超大光斑尺寸且稳定单横模工作。10μm条宽、未镀膜的脊型激光器在准连续和连续工作方式下的总的输出功率分别超过了170 mW和80 mW,且最高功率受热扰动限制。激光器远场图案在垂直方向为双瓣状,单瓣垂直方向和水平方向发散角分别低至7.85°和6.7°。激射谱半高全宽仅为0.052 nm,光谱包络存在周期性调制现象,模式间隔约为3.3 nm。电流增加到300 mA以上时,激光器出现模式跳变。

半导体/超晶格分布布拉格反射镜(DBR)的分子束外延生长

用分子束外延技术 (MBE)生长了以 Ga As/Al As超晶格替代 Alx Ga1 - x As所形成的 P型半导体 /超晶格分布布拉格反射镜 (DBR) .此分布布拉格反射镜的反射谱中心波长为 85 0 nm.由实验表明 ,19个周期的反射镜获得了高达 99%以上的高反射率 .与此同时 ,采取自行设计的二次钨丝掩膜质子注入法制成 15 μm× 15 μm的正方形电流注入区 ,以此测定 P型反射镜的串联电阻 ,克服了湿化学腐蚀法中腐蚀深度不易控制及侧面同时被腐蚀的缺点 ,实验得出此 P型反射镜的串联电阻仅为 5 0 Ω 左右 .在生长过程中 ,发现在只含一个铝源的分子束外延生长系统中 ,生长这种半导体 /超晶格反射镜相对其他半导体 /半导体反射镜要节省很多外延生长时间 ,因此较适合应用于多层结构的光电器件中 .

利用微波布拉格反射测量模拟点阵的晶格常数

利用微波做信号源;模拟晶体点阵做光栅,进行布拉格反射实验,测得点阵常数与直接测量的结果非常接近。实验直观形象,便于学生对X射线衍射实验的理解。

AlAs/GaAs分布布拉格反射镜(DBR)的反射谱拟合与优化生长

对分布布拉格反射镜(DBR)的原理和特征进行了分析,使用传输矩阵方法计算了不同对数GaAs/A lAs反射镜的反射率曲线。利用分子束外延(MBE)设备生长了波长为920nm和980nm的半导体多层膜DBR反射镜,分析了实验测得的反射谱与理论拟合曲线之间的差异及其产生原因,实现了材料的优化生长,获得了反射率大于99%、中心波长和带宽接近理论计算值的DBR材料。该DBR的反射谱拟合与优化生长研究可应用于VCSEL和VECSEL激光器。

入射介质对GaN基分布布拉格反射器的反射谱影响

利用传输矩阵法对不同入射介质的GaN基分布布拉格反射器(DBR)进行了反射谱的理论分析。计算表明,入射介质的折射率与低周期DBR反射率呈二次函数关系,与高周期DBR反射率近似线性关系。根据这些特点,推导出估算DBR在LED器件中的实际反射率公式。分析了从空气和Al_(0.4)Ga_(0.5)In_(0.1)N入射介质下不同GaN基DBR结构的反射光谱差异。为减弱入射介质对DBR反射谱的影响以及改善材料结构的质量,设计了半混合GaN基DBR结构。分析指出,半混合DBR在材料结构生长和光谱方面比传统DBR更有优势。

VCSEL中布拉格反射体的电流机制和伏安特性

采用张弛法数值求解静电势的泊松方程 ,得出垂直腔面发射激光器 (VCSEL)中 N型和 P型分布布拉格反射体 (DBR)中一个周期单元的精确能带图。并以此为依据 ,从理论上分别分析和比较了多子漂移扩散、纯漂移和热电子发射电流机制所起的作用。指出由一对反对称同型异质结构成的 DBR一个周期单元总是表现出欧姆性 ,但热电子发射电流机制的存在容易使每个结呈现整流特性 ,以致在电流输运过程中起主要作用的是其反向特性 ,导致偏压和电阻过大器件不能正常工作。但是漂移扩散机制具有明显欧姆性 ,在利用缓变

AlGaN/GaN分布布拉格反射镜的MOCVD生长

文中利用MOCVD方法,采用高质量GaN作为缓冲层,在(0001)取向的蓝宝石衬底上实现了不同组分的A lxGa1-xN/GaN分布布拉格反射镜(DBR)的制备。通过XRD、SEM、AFM、反射谱等测量分析手段,研究了A lxGa1-xN/GaN DBR的结构质量、厚度和表面形貌。

基于InP/空气隙分布布拉格反射镜的微机械可调谐光滤波器

采用表面微机械技术制作了一种1 310 nm基于InP/空气隙分布布拉格反射镜的微机械可调谐Fabry-Perot光滤波器。该滤波器的通光孔直径约为70μm,在1.4 V的调谐电压下,调谐范围达到15 nm。并采用光学传输矩阵方法,分析了斜入射对这种可调谐光滤波器透射谱的峰值半高宽的影响。

金属有机化合物汽相淀积技术制备布拉格反射镜确定外延厚度的方法

外延膜层厚度的精确性对垂直腔面发射激光器(VCSEL)是十分重要的。应用传输矩阵方法分析了厚度偏差对半导体布拉格反射镜(DBR)反射谱的影响,并利用这种影响提出了一种金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)制备布拉格反射镜精确确定外延厚度的方法。据此,应用MOCVD生长了980 nmVCSEL外延片,其反射谱中心波长为982 nm。结果表明,应用这种方法能够实现材料厚度、MOCVD系统生长参数的定标以及为VCSEL的材料生长提供可靠的依据。

分布布拉格反射光纤激光器实验研究

介绍了分布布拉格反射光纤激光器的实验原理,设计并搭建了一支用于教学的分布布拉格反射光纤激光器实验平台。实验得到波长为1550nm的激光输出,测量了激光的输出特性及光谱特性。

无损耗型及损耗型分布布拉格反射镜光学特性的传输矩阵理论分析及优化(英文)

利用传输矩阵理论对无光学损耗和有光学损耗的分布布拉格反射镜(Distributed Bragg reflector,DBR)分别进行了结构分析与优化。在光场正入射条件下,对具有HL、HLH、LH及LHL结构的DBR内部光场分布情况进行了模拟分析和实验验证。结果表明:光场正入射到DBR后,在HL及HLH型DBR结构内部的光场分布最弱。当组成DBR的材料层消光系数为0.01时,HL及HLH型DBR内部产生的能流密度吸收量最小,为其他结构的10%左右,材料吸收引起的中心波长反射率降低仅为3.6%;而LH及LHL型DBR结构由于材料吸收而导致反射率降低29.2%。因此,采用高折射率材料层作为DBR结构的第一层有利于提高DBR反射率,降低光学吸收。最后,通过MOCVD外延生长了具有HL结构的吸收型Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As DBR结构,并对其反射特性进行了测试。

胆甾相液晶可见光布拉格反射实验

胆甾相液晶可见光反射行为，在某种意义上与晶体粉末样品Ｘ光衍射相似，本文主要提供一个巧妙而又直观的布拉格反射实验方法，并测量胆甾相结构周期——螺距与温度的关系，进而揭示胆甾相液晶热色效应的机理．