基于InGaAs量子阱的VECSEL增益芯片的材料研究
[Abstract]:Vertical external cavity surface emitting semiconductor laser (VECSEL) is a new type of optoelectronic device developed in recent years. It successfully combines the expansibility of the external cavity of the solid-state thin chip laser with the adjustable wavelength of the semiconductor laser. It can not only obtain high output power and high beam quality, but also conveniently carry out intracavity frequency doubling and Q-switching. Mode-locked operation has become one of the research hotspots in the interdisciplinary subject of semiconductor laser and optoelectronics. Therefore, the material research of VECSEL gain chip based on InGaAs quantum well is carried out in this paper, and on this basis, the fabrication of optically pumped vertical external cavity surface emitting semiconductor laser is carried out. Firstly, through the reflectivity and bandwidth theory of distributed Prague mirror (DBR), the strain theory and gain theory of gain materials, the theoretical calculation and structure design of DBR and multi-quantum well active region (MQWs) are carried out. On this basis, the complete structure of VECSEL gain chip is designed. Secondly, the designed structure was prepared by organometallic vapor phase epitaxial (MOVPE), and high resolution X-ray diffraction (XRD),) was used to photoluminescence (PL), scanning electron microscope (SEM),) at room temperature. And spectrophotometer to verify the growth of the gain chip we designed. DBR test results show that the thickness error is about 3%, and the stopband g is about 100 nm center at 997 nm.. The luminous wavelength of the active region of the multi-quantum well can be adjusted by linearly controlling the flow rate of TMIn in the range of 961 nm-1000.6 nm. However, with the prolongation of the luminous wavelength, the strain mismatch of the InGaAs multi-quantum well layer increases from 0.81% to 1.18%, respectively. And the luminous properties of the active region become worse. The test results of the gain chip show that the crystal quality of the epitaxial material is good, the thickness of the epitaxial material meets the accuracy, and the reflection spectrum in the DBR region can match well with the emission spectrum of the quantum well. In addition, in view of the multi-peak phenomenon in the PL spectrum of VECSEL gain chip, which is different from the single luminous peak in the active region of multiple quantum wells, It is considered that the PL spectrum of the gain chip is a surface emission PL spectrum modulated by the interference of DBR structure and other structural layers. Finally, the optical path of optically pumped VECSEL is designed and built, and the waste heat produced by the gain chip is removed by substrate etch and water-cooled refrigeration. 808 nm semiconductor laser is used as the optical pumping source. When the incident optical power is less than 3W, the pump optical absorptivity of VECSEL gain chip can reach about 80%. The optically pumped positive sequence VECSEL device has a strong optical output at 955.3 nm and 1011 nm, and the optically pumped reverse sequence VECSEL device has a strong optical output at 1113 nm.
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN248.4
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,本文编号:2494463
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