基于氮化铟周期可调谐光栅DFB-LD的分析研究

发布时间：2017-08-23 05:38

  本文关键词：基于氮化铟周期可调谐光栅DFB-LD的分析研究

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【摘要】：随着通信技术的发展进步,需要高速率、大容量并且灵活、节约的光源满足下一代系统需求。可调谐DFB-LD因其具有稳定的动态单模输出而成为目前光通信网络的主要光源,本论文利用COMSOL软件对InN基DFB-LD谐振腔建立2D稳态模型,仿真分析谐振腔中有源层和光栅层的模型尺寸参数,通过与MEMS技术相结合提出静电致动结构变光栅周期实现DFB-LD波长可控输出,并利用理论与数值仿真分析其可行性,以便为今后制作该器件提供数值依据。本文中主要以InN材料设计制作DFB-LD谐振腔中光栅层与有源层,首先在理论上对DFB-LD运用了耦合波分析方法;在数值上运用简便的等效波导的方法计算了单模输出条件并设置了DFB-LD谐振腔结构参数;其次在COMSOL软件中利用已计算好的结构参数值对DFB-LD谐振腔建立几何模型,通过软件中参数化扫描方法对结构参数进行各自仿真,模拟了DFB-LD振荡峰受H、T和H_t影响的程度,并数值分析了结构参数微小改变时DFB-LD输出波长的偏移状况及FWHM、峰值改变情况。最后依据光栅周期与输出波长的关系,提出制作1290nm~1330nm波段和1530nm~1565nm波段可调谐DFB-LD的可能性,利用MEMS技术在理论上设计制作了电压致动梳齿结构改变氮化铟光栅周期,探讨了能够调整输入电压的大小实现对波长可控输出,并且模拟分析了选择合适的s值,就能在输入电压大于152V时,实现输出波长为1290nm~1330nm波段的光栅周期最大位移0.448μm;也能在输入电压大于220V时,实现输出波长为1530nm~1565nm波段的光栅周期最大位移1.014μm。
【关键词】：氮化铟 分布反馈式激光器 COMSOL 微机电系统
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 引言8
• 1.2 几种激光器的介绍8-15
• 1.2.1 FP-LD介绍8-10
• 1.2.2 DFB-LD介绍10-12
• 1.2.3 DBR-LD介绍12-13
• 1.2.4 VCSEL-LD介绍13
• 1.2.5 外腔式激光器介绍13-14
• 1.2.6 各类激光器调谐方式比较14-15
• 1.3 基于InN器件的研究进展15-16
• 1.4 本文的研究目的和意义16-17
• 第二章 相关背景知识介绍17-27
• 2.1 概述InN的基本性质17-20
• 2.1.1 InN材料的晶体结构及物理性质18
• 2.1.2 InN材料的电学性质18-19
• 2.1.3 InN材料的光学性质19-20
• 2.2 DFB-LD的基本理论和等效理论分析模型20-25
• 2.2.1 麦克斯韦方程20-21
• 2.2.2 DFB-LD基本理论21-22
• 2.2.3 耦合波分析理论22-24
• 2.2.4 DFB-LD振荡条件24-25
• 2.3 等效介质平板波导理论25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 基于InN的DFB-LD谐振腔结构设计与模拟分析27-42
• 3.1 基于InN的DFB激光器的软件建模27-32
• 3.1.1 COMSOL Multiphysics软件介绍及建模流程27-29
• 3.1.2 DFB-LD谐振腔参数设置29-30
• 3.1.3 激光器光栅谐振腔模型建立30-32
• 3.2 优化与分析DFB-LD谐振腔结构参数32-37
• 3.2.1 优化后谐振腔的性能介绍32-33
• 3.2.2 有源层厚度的影响33-36
• 3.2.3 光栅深度的影响36-37
• 3.2.4 光栅周期的影响37
• 3.3 结构参数对波长的影响37-41
• 3.3.1 光栅周期对激射波长的影响38-40
• 3.3.2 光栅深度对激射波长的影响40-41
• 3.3.3 有源层厚度对激射波长的影响41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 MEMS集成可调谐DFB-LD结构设计与仿真42-58
• 4.1 可调谐微机电系统装置的设计42-48
• 4.1.1 微机电系统概述42-43
• 4.1.2 InN材料的机械特性43-44
• 4.1.3 驱动方式的介绍44
• 4.1.4 微机电技术可调谐方法设计44-45
• 4.1.5 静电致动器原理45-48
• 4.2 InN可调谐DFB-LD结构设计与模拟仿真48-57
• 4.2.1 InN可调DFB-LD的制作结构设计48-49
• 4.2.2 静电驱动器可调装置的制作工艺及要求49-51
• 4.2.3 InN光栅周期可调DFB-LD模拟分析51-53
• 4.2.4 设计调谐装置尺寸及输入电压53-55
• 4.2.5 基于InN光栅周期可调装置的可行性探讨及仿真55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 5.1 论文总结58-59
• 5.2 进一步工作59-60
• 参考文献60-63
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文63-64
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利64-65
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目65-66
• 致谢66

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本文编号：723329