太赫兹主控振荡—功率放大量子级联激光器的研究

发布时间：2023-02-19 20:25

　　太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)是融合电子和光子能带工程的新型太赫兹源,具有功率高、可调谐、易集成等优点。特别是单模太赫兹量子级联激光器线宽极窄,在精密光谱测量、安全检查等方面具有重要的应用前景,是目前研究的焦点。为了获得大功率输出的单模THz-QCL,本文围绕主控振荡-功率放大(MOPA)结构展开了系列研究:1)通过实验指出,基于双金属波导(金属/有源区/金属)的一级分布反馈太赫兹量子级联激光器(THz-DFB-QCL),由于腔面的高反射率以及反射波相位的随机性,难以获得稳定的单模输出。针对该问题,设计并实现了一种新型单模THz-QCL。该器件通过DFB光栅产生谐振,但利用光栅耦合器输出太赫兹波。光栅耦合器和吸收边界的联合运用,使得太赫兹波的反射率<1%,避免了因引入光栅耦合器而产生新的谐振,从而获得稳定的单模输出。2)基于上述工作,实现了实现了国际上第一个具有“主控振荡-功率放大”结构的THz-QCL,命名为THz-MOPA-QCL。它由DFB激光器、预放大区以及光栅耦合器单片集成。DFB激光器作为主控振荡源,其产生的种子激光经预放大区放大后再由光栅耦合器输出。THz-...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 太赫兹技术与应用
    1.2 太赫兹探测器
    1.3 太赫兹源
    1.4 论文主要内容
第2章 太赫兹量子级联激光器基本原理及研究现状
    2.1 量子级联激光器的基本原理
    2.2 太赫兹量子级联激光器现状
    2.3 主控振荡-功率放大器
    2.4 THz-QCL的应用
    2.5 THz-QCL面临的挑战
第3章 太赫兹量子级联激光器的制备与测试
    3.1 材料的外延生长
    3.2 器件制备
        3.2.1 单面等离激元波导THz-QCL
        3.2.2 双金属波导THz-QCL
    3.3 太赫兹量子级联激光器的表征方法
        3.3.1 光-电流-电压特性测试
        3.3.2 绝对功率的测量
        3.3.3 光谱的测量
        3.3.4 发散角的测量
    3.4 THz-QCL外延材料基本特性的测试
    3.5 总结
第4章 基于光栅耦合器耦合输出的一级分布反馈太赫兹量子级联激光器
    4.1 器件结构与模拟
    4.2 实验方法
    4.3 实验结果与讨论
    4.4 总结
第5章 单模太赫兹主控振荡-功率放大量子级联激光器
    5.1 单模THz-MOPA-QCL结构设计
    5.2 单模THz-MOPA-QCL测试与分析
    5.3 放大器的自激振荡
    5.4 总结
第6章 大功率THz-MOPA-QCL
    6.1 高功率输出的THz-DFB-QCL
        6.1.1 DFB掩埋光栅的设计与模拟
        6.1.2 器件结果
    6.2 光栅耦合器结构的优化
    6.3 大功率THz-MOPA-QCL
        6.3.1 应用掩埋光栅与宽光栅耦合器的THz-MOPA-QCL
        6.3.2 应用锥形预放大区来缓解增益饱和问题
    6.4 总结
第7章 THz-QCL的增益测量
    7.1 几种半导体激光器增益的测量方法
        7.1.1 基于自发辐射谱的测量方法
        7.1.2 基于不同长度的有源区的增益测量方法
        7.1.3 基于时域光谱的增益测量方法
    7.2 基于MOPA结构的增益测量方法
    7.3 基于THz-MOPA-QCL结构的增益测量结果
    7.4 MOPA结构测量增益的有点存在的问题和改进方法
    7.5 总结
第8章 太赫兹波在双金属波导结构中的弯折与分束
    8.1 太赫兹波在L形直角波导中的传播
    8.2 太赫兹波通过T形波导的分束
    8.3 利用T型双金属波导实现THz-QCL和THz-QCD之间太赫兹波的传导与分束
    8.4 总结
第9章 总结与展望
    9.1 全文总结
    9.2 存在的问题与展望
参考文献
附录 外延片M1398的材料结构
致谢
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3746900