基于ZnMgO/ZnO的紫外波段DFB半导体激光器的仿真分析
发布时间：2021-11-26 18:48
根据TMM（传输矩阵理论）,对采用ZnMgO/ZnO为工作物质的紫外波段DFB（分布反馈）半导体激光器的结构进行设计与仿真。当占空比为0.5,光栅周期为92.5nm,光栅高度为65nm时,得到了364.8nm出射波长。通过改变有源层的厚度,分析了不同有源层厚度时激光器阈值电流与输出功率的关系。仿真结果表明,有源层太厚会减弱对载流子的限制作用,使阈值电流增大;而有源层太薄时,波导层对光子的限制效果减弱,导致损耗增大,功率下降,阈值电流增大。所以合理选取有源层厚度可改善DFB激光器的电流功率特性。
【文章来源】：光通信研究. 2017,(01)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图２工作电流未达到阈值时的出射光谱仿真图
的出射光谱仿真图图３工作电流达到阈值时的出射光谱仿真图图４所示为功率－电流－电压（Ｐ－Ｉ－Ｖ）仿真曲线图，由图可知，其阈值电流约为４０ｍＡ，输出功率为６５ｍＷ，工作电压约为４．２Ｖ。工作电压Ｖ的大小与工作物质的禁带宽度Ｅｇ有关，其关系为Ｖ≥Ｅｇ／ｅ＝１．２４／λ，（６）式中，λ为带隙波长。所以一般情况下，对于使用宽带隙材料的短波段半导体激光器，工作电压偏大。图４功率－电流－电压（Ｐ－Ｉ－Ｖ）的仿真曲线图５所示为改变有源层厚度时对应的功率－电流仿真图。有源层厚度ｈ取１００ｎｍ与取１５０ｎｍ相比，阈值电流从４０ｍＡ增大至４４ｍＡ，功率为６４．６ｍＷ略有下降。而当有源层厚度分别取８０、７０和６０ｎｍ时，阈值电流增大到５０ｍＡ，对应的输出功率逐渐降低至１３．６ｍＷ。当有源层太厚时，限制层对载流子的限制能力被减弱，致使阈值电流变大。随着有源层厚度的减小，限制层对载流子限制作用变大，载流子密度变高，但有源层厚度过小时，光场会渗透到限制层中，波导层对光子的限制作用减弱，损耗增大，导致阈值电流增大，功率减校图５改变有源层厚度ｈ时相应的功率－电流（Ｐ－Ｉ）仿真图选取不同的光栅周期可以改变ＤＦＢ激光器的发射波长，如图６所示。由布拉格公式可知，光栅周期与发射波长呈线性关系，选取的波长越靠近材料增益峰值时，激射波长幅值越大，通过将不同波长的ＤＦＢ激光器集成在一块芯片上可做成激光器阵列。图６改变光栅周期与相应出射光谱仿真图（下转第６０页）３６２０１７年第１期
层厚度分别取８０、７０和６０ｎｍ时，阈值电流增大到５０ｍＡ，对应的输出功率逐渐降低至１３．６ｍＷ。当有源层太厚时，限制层对载流子的限制能力被减弱，致使阈值电流变大。随着有源层厚度的减小，限制层对载流子限制作用变大，载流子密度变高，但有源层厚度过小时，光场会渗透到限制层中，波导层对光子的限制作用减弱，损耗增大，导致阈值电流增大，功率减校图５改变有源层厚度ｈ时相应的功率－电流（Ｐ－Ｉ）仿真图选取不同的光栅周期可以改变ＤＦＢ激光器的发射波长，如图６所示。由布拉格公式可知，光栅周期与发射波长呈线性关系，选取的波长越靠近材料增益峰值时，激射波长幅值越大，通过将不同波长的ＤＦＢ激光器集成在一块芯片上可做成激光器阵列。图６改变光栅周期与相应出射光谱仿真图（下转第６０页）３６２０１７年第１期总第１９９期光通信研究ＳＴＵＤＹＯＮＯＰＴＩＣＡＬＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ２０１７．０２（Ｓｕｍ．Ｎｏ．１９９）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Research progress in terahertz quantum cascade lasers[J]. CAO JunCheng Key Laboratory of Terahertz Solid-State Technology,Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China. Science China（Information Sciences）. 2012(01)
[2]N,Ga共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究[J]. 赵慧芳,曹全喜,李建涛. 物理学报. 2008(09)
本文编号：3520726
【文章来源】：光通信研究. 2017,(01)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图２工作电流未达到阈值时的出射光谱仿真图
的出射光谱仿真图图３工作电流达到阈值时的出射光谱仿真图图４所示为功率－电流－电压（Ｐ－Ｉ－Ｖ）仿真曲线图，由图可知，其阈值电流约为４０ｍＡ，输出功率为６５ｍＷ，工作电压约为４．２Ｖ。工作电压Ｖ的大小与工作物质的禁带宽度Ｅｇ有关，其关系为Ｖ≥Ｅｇ／ｅ＝１．２４／λ，（６）式中，λ为带隙波长。所以一般情况下，对于使用宽带隙材料的短波段半导体激光器，工作电压偏大。图４功率－电流－电压（Ｐ－Ｉ－Ｖ）的仿真曲线图５所示为改变有源层厚度时对应的功率－电流仿真图。有源层厚度ｈ取１００ｎｍ与取１５０ｎｍ相比，阈值电流从４０ｍＡ增大至４４ｍＡ，功率为６４．６ｍＷ略有下降。而当有源层厚度分别取８０、７０和６０ｎｍ时，阈值电流增大到５０ｍＡ，对应的输出功率逐渐降低至１３．６ｍＷ。当有源层太厚时，限制层对载流子的限制能力被减弱，致使阈值电流变大。随着有源层厚度的减小，限制层对载流子限制作用变大，载流子密度变高，但有源层厚度过小时，光场会渗透到限制层中，波导层对光子的限制作用减弱，损耗增大，导致阈值电流增大，功率减校图５改变有源层厚度ｈ时相应的功率－电流（Ｐ－Ｉ）仿真图选取不同的光栅周期可以改变ＤＦＢ激光器的发射波长，如图６所示。由布拉格公式可知，光栅周期与发射波长呈线性关系，选取的波长越靠近材料增益峰值时，激射波长幅值越大，通过将不同波长的ＤＦＢ激光器集成在一块芯片上可做成激光器阵列。图６改变光栅周期与相应出射光谱仿真图（下转第６０页）３６２０１７年第１期
层厚度分别取８０、７０和６０ｎｍ时，阈值电流增大到５０ｍＡ，对应的输出功率逐渐降低至１３．６ｍＷ。当有源层太厚时，限制层对载流子的限制能力被减弱，致使阈值电流变大。随着有源层厚度的减小，限制层对载流子限制作用变大，载流子密度变高，但有源层厚度过小时，光场会渗透到限制层中，波导层对光子的限制作用减弱，损耗增大，导致阈值电流增大，功率减校图５改变有源层厚度ｈ时相应的功率－电流（Ｐ－Ｉ）仿真图选取不同的光栅周期可以改变ＤＦＢ激光器的发射波长，如图６所示。由布拉格公式可知，光栅周期与发射波长呈线性关系，选取的波长越靠近材料增益峰值时，激射波长幅值越大，通过将不同波长的ＤＦＢ激光器集成在一块芯片上可做成激光器阵列。图６改变光栅周期与相应出射光谱仿真图（下转第６０页）３６２０１７年第１期总第１９９期光通信研究ＳＴＵＤＹＯＮＯＰＴＩＣＡＬＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ２０１７．０２（Ｓｕｍ．Ｎｏ．１９９）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Research progress in terahertz quantum cascade lasers[J]. CAO JunCheng Key Laboratory of Terahertz Solid-State Technology,Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China. Science China（Information Sciences）. 2012(01)
[2]N,Ga共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究[J]. 赵慧芳,曹全喜,李建涛. 物理学报. 2008(09)
本文编号：3520726
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