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。

基于锥形超晶格p-AlInGaN层的AlGaN基深紫外发光二极管性能优化

为了解决AlGaN基深紫外(DUV)发光二极管(LED)中的严重电子溢出和低空穴注入的问题,本文提出了一种新型锥形超晶格p-AlInGaN层,它大幅改善了基于AlGaN的DUV LED的光电特性.与传统结构相比,所提出结构的输出功率提高了337.8%;同时它的内部量子效率(IQE)也高达96%,并且没有效率下降现象.仿真计算结果表明,锥形超晶格p-AlInGaN层的引入明显增加了多量子阱(MQWs)内载流子的浓度并降低了量子阱(QWs)内的电场,导致了更高的辐射复合率,为改善DUV LED的性能提供了一个有吸引力的解决方案.

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。

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。

热敏电阻位置与超辐射发光二极管光源温控参数的关系研究

针对某陀螺生产厂家新引入的超辐射发光二极管光源在原光源驱动设备上的功率变化异常的问题,对光源温控环节的传递函数和相应控制参数进行了理论和试验分析。相比陀螺常用SLD光源,新引入SLD光源内部热敏电阻与SLD管芯间距大得多,且不在同一热沉上,这使得该厂光源温控部分的传递函数出现明显时间滞后,表现为其对微分环节依赖性增强。通过对原光源驱动设备上微分环节的优化设计,可使热敏电阻位置相差较大的不同厂家的光源同时获得良好温控效果。上述结果对于理解SLD光源温控PID(比例-积分-微分)参数差异性、提高SLD光源温度控制适应性提供了客观依据。

超辐射发光二极管(SLD)

概述了实现超辐射发光二极管的主要手段以及制备的器件性能和特点,并讨论了其发展趋势。

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。

超辐射发光二极管光源组件内部电场耦合分析

针对超辐射发光二极管(Superluminescent Diode,SLD)光源输出光功率稳定性的需求,用有限元分析方法分析了SLD光源组件内部导体组的分布电容矩阵及电场耦合情况;通过电场耦合模型研究发现温控电路带来的干扰通过分布电容耦合到恒流回路中,影响输出光功率的稳定性;将制冷器接地可减小分布电容,改进恒温电路的驱动方式可减小交流分量的干扰,从而减小电场耦合对输出光功率的影响。

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。

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.

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。

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。

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%。

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。

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。

1．3μmInGaAsP／InP涂层结构超辐射发光二极管输出特性的理论和实验

本文用考虑了增益饱和和热效应的耦合速率方程，对减反射涂层结构１．３μｍＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ超辐射发光二极管的输出特性进行了计算，给出了腔长、有源层厚度和后腔面反射率对其输出光功率的影响以及光谱半宽随腔长和注入电流的变化。计算结果与我们制备的该结构超辐射发光二极管测试结果有较好的符合。

850nm微型化封装超辐射发光二极管模块

研制了一种微型6针卧式结构的850nm超辐射发光二极管（SLD）模块,该模块采用激光焊接方式实现全金属化耦合封装,通过对模块结构的优化设计,使模块体积缩小为标准8针蝶形封装体积的一半。该模块在100mA工作电流下,尾纤输出功率大于1.5mW,光谱宽度大于20nm,纹波系数小于0.5dB,同时选用高效率微型半导体制冷器（TEC）,使其正常工作温度范围和储存温度范围分别达到-50-75℃和-60-100℃。

质子辐照对超辐射发光二极管性能的影响

用能量分别为350keV和1MeV,注量为1×1012和1×1013p/cm2的质子对超辐射发光二极管(SLD)进行辐照,对辐照前后器件的光学和电学性能进行了测试.结果表明,在相同注量辐照的条件下,350keV与1MeV能量质子辐照引起的辐照损伤相比,前者引起的出光功率的退化更大,造成的辐照损伤更加严重.采用TRIM程序对质子入射到器件材料中的射程分布进行了模拟,初步探讨了SLD在350keV和1MeV能量质子辐照下的损伤效应.

1.55 μm InGaAsP/InP超辐射发光二极管组件

1 .5 5 μmInGaAsP/InP超辐射发光二极管组件是为高精度光纤陀螺研制的光源。组件采用标准 14针双列直插式管壳 ,熊猫型保偏光纤对准耦合 ,激光焊接 ,全金属化耦合封装。为了获得高输出功率 ,宽发射光谱 ,抑制受激振荡 ,采用了倾斜条形波导结构。组件尾纤输出功率大于 0 .1mW ,光谱宽度大于 15nm ,工作电流小于 15 0mA。

双段式PBC型1．3μmInGaAsP超辐射发光二极管

本文报导了１．３μｍ超辐射发光二极管的研究成果。室温下，驱动电流为１５０ｍＡ时，单管输出功率可达４．３ｍＷ，光谱半宽为２１ｕｍ。