强泵浦半导体激光器脉冲输出特性的建模与分析

发布时间：2020-11-11 12:49

　　 半导体脉冲激光器在许多领域都有着非常广阔的应用前景,深入研究其物理机制,设计出可产生超短脉冲的半导体激光器,对进一步促进其应用具有重要意义。强泵浦(电或光)的条件有利于产生大功率超短脉冲,本论文基于半导体激光器速率方程,通过引入增益饱和与载流子复合机制,构建出适用于强泵浦条件下的半导体脉冲激光器模型,分析了半导体激光器在强泵浦条件下通过增益开关技术产生的光脉冲特性。以此为基础,再结合传输线激光器模型(TLLM)的特点,构建出引入载流子传输过程的双阱半导体激光器速率方程,研究了载流子非均匀分布情况下的输出光脉冲特性。主要工作及研究内容如下:1)将强泵浦条件下的增益饱和与载流子复合ABC模型引入半导体激光器速率方程模型,分析并讨论输入脉冲参数、激光器增益参数与ABC模型中各个参数对强泵浦条件下产生的光脉冲特性的影响。2)获得强电流注入条件下的双量子阱氮化镓激光器脉冲输出特性实验结果,并结合传输线激光器模型特点,在半导体激光器速率方程模型中引入载流子传输时间与隧穿时间,建立双阱速率方程,对实验结果进行拟合。3)基于构建的双阱半导体激光器速率方程,详细讨论了载流子在量子阱间的非均匀分布对光脉冲输出特性的影响。本论文所构建的强泵浦条件下半导体激光器速率方程模型可为半导体激光器的特性分析及设计优化提供重要依据及参考。
【学位单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN248.4
【部分图文】：

当载流子密度低于激光产生的阈值时，此时射激光；当载流子密度高于阈值时，此时达到激光增激光器达到稳态工作之前总会经历一段驰豫振荡的常有一个高功率窄脉宽的脉冲尖峰，如果使用脉宽足直接得到窄脉宽高峰值的激光脉冲输出[8]。增益开关作原理如图 1.1 所示。这一技术的优势在于可以通过功率、脉宽等特性实现对输出光脉冲脉宽、重复频率一技术发展相对缓慢，其中的技术瓶颈主要有：1）超短激光脉冲，2）产生的激光脉冲功率很低，3）由光脉冲光谱展宽等。目前使用增益开关技术的半导体冲压缩、整形、放大系统相结合组成一套增益开关脉秒级的超短激光脉冲。

华东师范大学硕士学位论文方向的输出功率，会在与出光方向相对的解理面上镀上一层高反膜，并且为了减少横向的激光输出会将与输出方向平行的两面进行粗糙处理如图 2.1(a)所示。DFB 和 DBR 则采用内置的周期性结构形成光反馈实现单模和选频输出。不同点在于 DFB 利用了布拉格光栅的分布反馈机制(图 2.1(b))，而 DBR激光器采用布拉格反射镜作为端面进行反射(图 2.1(c))。面发射激光器的激光输出方向与有源区结面垂直，垂直谐振腔型面发射激光器主要采用多对分布式布拉格反射镜（DBR）在垂直于衬底方向的生长排列构成(图 2.1(d))。几种谐振腔的具体结构示意图如图 2.1 所示。

后来出现的异质结半导体激光器克服了这一缺点，可以实现在低阈值件下的运行，并提高了输出功率和效率。随着半导体制造工艺与技术的出现了量子阱半导体激光器。在半导体激光器中，其发光过程主要在有生，通常体材料半导体激光器的有源区厚度在 0.2μm 左右。如果有源区小到载流子的德布罗意波长量级，这就会使载流子的运动被限制在二维于有源区的方向上，载流子的动能将使用量子化能量来表示。在这种情体材料的电学和光学性质发生剧烈的变化。这种结构由于在一维方向上具有约束作用，与量子力学中的一维势阱问题相似，因此，这种结构被阱。一个简单的量子阱半导体激光器的结构示意图如图 2.2 所示，电子别通过电极注入到掺杂层，并在有源区内通过复合过程与能带跃迁引起射和受激辐射产生光子，产生的满足谐振条件的光子在谐振腔内持续在达到一定强度后通过解理面或 DBR 出射，从而输出激光。
【参考文献】

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1 刘一兵;;GaN基蓝光LED峰值波长蓝移现象分析及解决措施[J];湖南工业大学学报;2008年03期

本文编号：2879200