1.5μm高功率超辐射发光二极管的制备和性能

超辐射发光二极管作为光纤陀螺的核心元件,其性能直接影响光纤陀螺的精度;其中超辐射发光二极管出光功率越高,光纤陀螺接收信号信噪比越好。InP/AlGaInAs增益材料具有电子限制效率高的优点,然而由于Al元素容易氧化,面临一定的应用可靠性问题。本文采用InP/InGaAsP作为增益材料,通过在外延结构上采用宽带隙电子阻挡层来提高量子阱的电子限制效率。试验结果表明,激光芯片最大出光功率从69 mW提升至92 mW。在此基础上,通过优化材料沉积速率改善增益区和应变电子阻挡层材料质量。结果显示,激光芯片可靠性得到较为明显改善,经过1000 h寿命老化,样品阈值和功率变化率在合格范围之内。最后,进行超辐射发光二极管芯片制备。测试表明,电子阻挡层使得室温下SLD芯片饱和出光功率从19 mW提高至24 mW,饱和工作电流也有所提高,光谱宽度达到80 nm,光谱中心波长在1500 nm附近;芯片1000 h寿命老化阈值和光功率变化稳定,未出现性能退化样品。

红外波段超辐射发光二极管研究进展

超辐射发光二极管(SLD)具有高功率、宽光谱和低相干性等光学特性,在光纤通信、工业国防、生物影像和痕量气体检测等领域具有极高的应用价值。本文聚焦于SLD的输出功率与光谱宽度特性,综合评述了量子阱、量子点近红外SLD与量子级联中红外SLD的研究进展。详细介绍了InP基量子短线、混合量子点量子阱与异维量子点量子阱等新型有源结构,以及量子点掺杂与区域混杂等相关工艺技术。最后,概述了SLD的应用前景,并对SLD的潜在研究方向和技术发展应用趋势进行了展望。

1μm波段高功率超辐射发光二极管

为提高1μm波段超辐射发光二极管的输出特性,对外延结构及J型波导结构参数进行研究,基于研究结果确定外延结构及波导结构参数并对电极窗口制备工艺及单层氧化铪薄膜成膜条件进行了优化。研究表明,缩小波导与限制层AlGaAs材料中Al组分差值利于改善器件光束特性。此外,增加刻蚀深度、脊宽及曲率半径均会使损耗系数减小以提高器件输出功率。基于仿真结果制备出非均匀阱宽大阱深的三量子阱结构器件,前腔面镀制反射率约为0.5%的单层氧化铪薄膜,后腔面蒸镀高反膜,腔长约2 mm,波导曲率半径为21.8 mm,在500 mA连续电流注入下,实现了118.1 mW输出功率和32.5 nm光谱半宽。单层增透膜的设计抑制了器件激射并简化了工艺复杂度,避免了多层增透膜不同材料间的应力问题。

超辐射激光二极管的研究与应用

分析了超辐射激光二极管(Super-LuminescentDiode,SLD)SLD管芯的有源区、后端吸收区以及出光端面的增透膜对光谱的影响。介绍了SLD组件的封装(SLD的温度控制、SLD管芯与尾纤的耦合)。讨论了在干涉型光纤陀螺仪、光时域反射计、医学相干检测技术、波分复用技术中对SLD的要求。

超辐射发光二极管偏振度对光纤陀螺性能的影响

如何降低光纤陀螺偏振噪声,提高其零偏稳定性在陀螺性能评估和系统结构调整中有着重要的意义。以分析超辐射发光二极管(SLD)偏振度对光纤陀螺性能影响为研究目的,从矩阵光学的琼斯矩阵理论出发,分析Lyot型消偏器的结构参数对光源SLD消偏的影响,完成了对Lyot消偏器结构参数的建模工作,同时提出其最佳结构参数的存在,并进行了计算机仿真和试验验证。首次在Lyot型消偏器的结构参数与光纤陀螺性能之间建立联系,用实验方法验证了之前所给出的结论。研究结果表明:利用光纤消偏器减小光源出射光的偏振度有助于降低光纤陀螺偏振噪声,提高其零偏稳定性。

低剂量超辐射敏感与诱导辐射抗性的研究进展

低剂量超辐射敏感(HRS)和诱导辐射抗性(IRR)是辐射生物学的两个重要现象,研究这两个现象发生的机理对于辐射保护、控制肿瘤发生、研制新的功能材料具有重要的意义。辐射产生的DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)是辐射诱导细胞失活的主要损伤形式。对DSBs不能进行修复或者不能进行正确的重新连接是引起细胞死亡的主要原因。与DNA合成前期(first gap phase,G1期)和DNA合成期(synthetic phase,S期)相比,HRS在DNA合成后期(second gap phase,G2期)的表现非常明显。HRS和IRR之间相互转换调控的机制可能是G2期细胞中的一部分存在一个激活过程的发生。DNA损伤修复机制在HRS/IRR过程中发挥了重要作用。在低于20cGy的剂量条件下,细胞产生效率较低的损伤效应,细胞死亡迅速增加,低剂量超辐射敏感现象(HRS)出现;在高于20cGy的条件下,辐射造成DNA双链断裂,这些DSB本身或者由辐射引起的DNA变化激活了ATM(ataxia telangiectasia mutated),G2期专有的检测点被激活,细胞周期在G2期停顿下来,激活的G2期专有的检测点促进对DNA进行修复,提高了细胞的存活率,此时,诱导辐射抗性(IRR)出现。尽管这些结果使人们对HRS/IRR有了一个比较清晰地了解,目前仍然存在着一些关键问题有待解决。例如,为什么有些细胞系表现HRS/IRR现象,而有些细胞系不表现HRS/IRR现象;细胞中是否存在针对单一剂量的突变的HRS/IRR等。这些问题可能是将来重要的研究方向。

1053nm高速超辐射发光二极管的研制及其光电特性

制备了一种新型的具有高调制带宽的1 053 nm超辐射发光二极管(SLD).利用光荧光(PL)测试分析了不同温度、不同生长速率对SLD芯片外延材料质量的影响,优化了In Ga As/Ga As量子阱的生长温度与生长速率.分析了SLD模块的光电特性随温度与注入电流的变化关系.研究结果表明,SLD输出波长随温度的漂移系数为0.35 nm/℃,其输出波长随注入电流的漂移对温度并不敏感.在25℃、100 m A注入电流下SLD的-3 d B调制带宽达到1.7 GHz,尾纤输出功率2.5 m W,相应的光谱半宽为24 nm,光谱波纹为0.15 d B.

GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光管材料制备及表征

超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。

850nm超辐射发光二极管

设计并制作了一种用于中低精度光纤陀螺系统的850nm超辐射发光二极管,对器件的波导模式进行了分析,给出了主要技术参数的设计和测试结果。实验结果表明,器件的波长为852.8nm,光谱半宽为26nm,100mA工作电流下,管芯输出功率大于4.5mW,保偏光纤输出功率大于200μW。

开放光栅中史密斯-帕塞尔超辐射机理研究

采用理论分析和粒子模拟相结合的方法,对连续电子注通过平板矩形光栅产生毫米波段史密斯-帕塞尔(SP)超辐射机理进行了研究.研究结果表明:选择恰当的电子注与光栅尺寸参数,光栅表面慢波将与电子注互作用,使电子注产生群聚,群聚的电子束团将在光栅表面产生史密斯-帕塞尔超辐射,其辐射频率为电子注与光栅表面慢波互作用同步点频率的整数倍,其辐射角度方向与史密斯-帕塞尔公式所预期的基本一致,表面慢波由于光栅的有限长度也能在其端头以一定的形式辐射出去.

超辐射发光二极管的应用

超辐射发光二极管(superluminescent diode简称SLD)具有光谱宽、功率大等优点。作为一种特殊光源,SLD已经被广泛应用。简要介绍了SLD的主要特征、主要表征参数和发展现状,详细阐述了SLD在干涉式光纤陀螺仪、光学相干断层成像技术、波分复用技术、光时域反射仪、可调谐外腔激光器、光纤传感器和光纤测试等领域中的应用。

多量子阱超辐射发光二极管(SLD)热分布计算

对由8个量子阱所组成的条形超辐射发光二极管(Superlum inescent d iode,SLD)进行了热分析,计算了不同器件结构下的热阻和温度分布。计算结果表明,热阻变化受芯片宽度和长度的影响较大,可以达到两个数量级;当注入功率达到1 W时,有源区的温度将接近50 K。该分析对有效地设计芯片的结构,减少温度升高对SLD稳定性的影响具有指导意义。

低偏振高功率1310nm超辐射发光二极管的液相外延生长

对新月形超辐射发光二极管的液相外延生长过程进行了机理分析。利用Matlab软件对建立的非平面生长模型进行了理论计算,并利用扫描电镜(SEM)对液相外延生长的形貌进行了分析,通过理论计算与实验分析设计了获得低偏振、高功率超辐射发光二极管的外延结构。利用该结构研制的超辐射发光二极管芯片在100 m A工作电流、25℃工作温度下输出功率达到3.6 m W,相应的输出波长为1 306 nm,光谱半宽为39nm,光谱波纹为0.17 d B,偏振度为2%。

超辐射发光二极管的研究进展

超辐射发光二极管(SLD)是一种宽光谱光源,广泛用于光纤陀螺、光学相干断层扫描等领域。高性能SLD要求同时实现大功率和宽光谱输出,航天领域相关应用还要求其具有较高的抗辐射性能。本文从如何实现大功率、宽光谱输出和抗辐射加固等几方面介绍了SLD的研究进展,并对其未来的研究方向进行了展望。

腔面反射率对超辐射发光二极管输出特性的影响

本文用耦合速率方程，从理论上分析研究了超辐射发光二极管（ＳＬＤ）的功率输出特性。主要讨论了腔面反射率对其功率输出特性的影响。研究结果表明，半导体激光器（ＬＤ）存在一最佳输出功率腔面反射率，随腔面反射率的降低，ＳＬＤ的功率曲线斜率减小，输出功率降低，光谱调制深度减小。增大后腔面反射率可以提高ＳＬＤ的输出功率，减小其工作电流。由于腔面反射率的降低，前后传输的光子在有源区内的分布的对称性发生了变化，表现为非均匀性，后向传输波大于前向传输波。最后，把理论计算结果同我们研制的１．３μｍ徐层结构超辐射发光二极管的实验结果作了比较，得到了较好符合。

大功率短波长InAlGaAs/AlGaAs量子点超辐射发光管

为了满足超辐射发光管的短波长应用,采用InAlGaAs/AlGaAs量子点有源区和干法刻蚀工艺制备了短波长弯曲波导超辐射发光管。在1.6A脉冲电流注入下,器件峰值输出功率为29mW,中心波长为880nm,光谱半高宽为20.3nm。比较了干法刻蚀工艺和湿法腐蚀工艺对超辐射发光管器件性能的影响。在1.6A脉冲电流注入下,湿法腐蚀制备的器件峰值输出功率仅为7mW。与湿法腐蚀相比,干法刻蚀可以精确控制波导形状和参数,降低波导损耗,有效增大器件输出功率。

超辐射LD与带类球透镜保偏光纤的耦合技术

采用高斯模场近似和模场匹配方法,对超辐射激光二极管与带类球透镜单模熊猫型保偏光纤的耦合,进行了仿真计算和实验研究。分析了耦合效率与光源激发的光模场、光纤结构及光纤头部形状、耦合工作参数等因素的关系。通过改进耦合技术获得了较高的耦合效率。

1.3 μm InGaAsP低电流超辐射发光二极管组件

设计并制作了用于高精度光纤陀螺的 1.3μm低电流超辐射发光二极管组件。采用隐埋异质结结构 ,实现了良好的电流限制和光限制 ,同时采用长腔结构来提高器件单程增益 ,从而获得了高的输出功率。组件具有工作电流小、输出功率高 ,以及光谱特性好等特点。测试结果表明 ,在 70mA工作电流下 ,组件尾纤输出功率大于 0 .1mW ,光谱宽度大于 30nm。

超辐射机制相对论返波管的数值计算

运用相对论返波管非线性理论,推导出描述相对论返波管束波互作用的非线性自洽方程组;数值求解了该非线性自洽方程组,揭示了相对论返波管中由非稳态束波互作用产生的超辐射现象的基本规律:输出超辐射波峰值功率大约与参与互作用电子总电荷量的平方成正比。并将超辐射和由稳态束波互作用所产生的受激辐射作了相关比较,结果表明:超辐射是短电子束脉冲产生非稳态束波互作用的结果,而受激辐射是长电子束脉冲产生稳态束波互作用的结果;不断增加电子束脉冲宽度,辐射机制由超辐射转变为受激辐射。

量子点超辐射发光管研究进展

简要回顾了超辐射发光管(SLD)的发展历史、量子点SLD的提出及优点,介绍了SLD的工作原理、器件结构及表征参数,详细分析了近年来国内外各研究小组在提高量子点SLD性能方面的研究进展。基于自组织量子点的尺寸非均匀分布特征、优化的有源区结构设计以及高的光学质量,量子点SLD目前的研究水平已远远超过量子阱SLD。例如,量子点SLD的输出光谱宽度可达到150nm以上,输出功率可达到百mW量级。简要介绍了SLD在光纤陀螺仪、光学相干断层成像术、光纤通信、宽带外腔可调谐激光器等方面的应用,讨论了量子点SLD研制中存在的问题、解决方法和发展趋势。量子点SLD在展宽光谱和提高输出功率上展示了巨大的潜力,它的成功有力地推动了其他宽增益谱器件的研制。