2021年物理學(xué)博士畢業(yè)論文開題報(bào)告

1、物理學(xué)博士畢業(yè)論文開題報(bào)告 物理學(xué) _畢業(yè)論文開題報(bào)告范文 是課題負(fù)責(zé)人在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上撰寫的報(bào)請上級批準(zhǔn)的選題計(jì)劃，下面是搜集的物理學(xué) _開題報(bào)告范文，供大家閱讀借鑒。 論文題目：基于高階光柵的高功率單縱模半導(dǎo)體激光器研究 半導(dǎo)體激光器相比于其他種類激光器具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：體積小、壽命長、轉(zhuǎn)換效率高、可以直接調(diào)制等。這些優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于通信和信息技術(shù)、打印和顯示、材料 _、醫(yī)療及國防等領(lǐng)域。自 1962 年第一只低溫脈沖 GaAs 激光器1發(fā)明至今，半導(dǎo)體激光器經(jīng)歷了數(shù)次技術(shù)革新，在高輸出功率、高轉(zhuǎn)換效率、高可靠性等方面取得了長足的進(jìn)步2。特別是在當(dāng)前全球能源緊張的前提下，其作為一種高

2、效節(jié)能的激光設(shè)備，在工業(yè) _、光通信等領(lǐng)域的作用越來越重要。 高功率單縱模半導(dǎo)體激光器在相干光通信、泵浦固體激光器及國防等領(lǐng)域有著其他激光器不可替代的優(yōu)勢。由于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的諧振腔長尺寸遠(yuǎn)大于波長量級，無法對光模式形成有效的選頻機(jī)制，在高功率工作時(shí)其光譜會迅速展寬，導(dǎo)致器件的相干性變差，嚴(yán)重地影響其在相干光通信和高分辨光學(xué)測試系統(tǒng)中的應(yīng)用。為從根本上解決這個(gè)問題，本論文采用在半導(dǎo)體激光器光波導(dǎo)引入高階布拉格光柵的方法，利用高階光柵的散射特性和反射特性進(jìn)行光模式選擇，實(shí)現(xiàn)了激光器件的高功率穩(wěn)定單橫模工作。本文主要對高階布拉格光柵耦合半導(dǎo)體激光器(包括高階光柵 DBR 激光器和高階光柵 DFB

3、 激光器)以及單縱模激光器的相干特性進(jìn)行了研究。 目前商業(yè)化的高功率半導(dǎo)體激光器主要位于近紅外波段，其波長范圍為780-1100 _。近紅外高功率半導(dǎo)體激光器是固體激光器和光纖激光器的重要泵浦光源。而且其在空間光通訊、激光醫(yī)療、激光 _及國防等應(yīng)用領(lǐng)域都有著不可替代的作用。隨著這些領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體激光器輸出功率的要求不斷提高，發(fā)展半導(dǎo)體激光器高輸出功率技術(shù)的重要性不言而喻。近幾年來，高功率半導(dǎo)體激光器的性能大幅提升，其中單管激光器的連續(xù)輸出功率已突破 10 W。xx 年，德國 FBH 研究所基于增加大 _激光器發(fā)射功率密度的機(jī)理，成功實(shí)現(xiàn)在短脈沖條件下，100 m條寬激光器輸出功率達(dá)到100 W;

4、在準(zhǔn)連續(xù)條件下，100 m 條寬激光器輸出功率大于 30 W;在連續(xù)注入條件下，30 m 條寬激光器輸出功率大于 10 W3。同年，該研究所制作 975 _ 波段條寬為 90 m-100 m 的寬區(qū) DBR 及寬區(qū) DFB 二極管激光器，輸出連續(xù)波功率超過12 W，光譜線寬小于 1 _，當(dāng)其輸出功率 10 W 時(shí)，功率轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 63%4。 單模半導(dǎo)體激光器由于其良好的光譜特性和相干特性，在光通信領(lǐng)域被廣泛 _。近幾年隨著半導(dǎo)體材料和工藝技術(shù)的進(jìn)步，其輸出功率也得到了大幅的提升。xx 年，美國 Photodigm 公司制造 1064 _ 波段 DBR 半導(dǎo)體激光器，實(shí)現(xiàn)單模輸出功率達(dá)到 70

5、0 mW、閾值電流 30 mA、邊模抑制比 30 dB5。xx 年，該公司采用單步 MBE，全息光刻光柵法，獲得性能良好的 974 _ 波長器件，斜率效率0.72 W/A，輸出功率達(dá)到425 mW;1084 _波長器件，斜率效率0.85 W/A、輸出功率達(dá)到 550 mW6。xx 年美國 Photodigm 公司又研制出高功率單模 DBR半導(dǎo)體激光器，在 976 _ 波段和 1064 _ 波段保持良好的穩(wěn)定性的同時(shí)，單模輸出功率超過 500 mW7。xx 年，德國 FBH 研究所制作的 1066 _ 波段 DBR半導(dǎo)體激光器，輸出功率 3.5 W 時(shí)、功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 65%8。同年，該研究所

6、制作的基于 MOPA 結(jié)構(gòu)的 975 _ 波段和 1064 _ 波段的可調(diào)諧二極管激光器，最大輸出功率 16.3 W、線寬小于 10 pm、邊模抑制比大于 40 dB9,10。 1、對高階光柵結(jié)構(gòu)的選頻機(jī)理進(jìn)行了理論分析，并研究了半導(dǎo)體激光器的設(shè)計(jì)理論及制備工藝。 2、對高階光柵 DBR 激光器的光譜特性和可靠性進(jìn)行了研究。 3、通過激光器的光譜特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整高階光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)特定波長光模式振蕩。設(shè)計(jì)并制備了兩種高階光柵 DBR 激光器，實(shí)現(xiàn)了高功率單模與雙模激光輸出，光譜線寬小于 40 pm，邊模抑制比大于 38 dB。 4、研制出一種低損耗高階表面光柵 DFB 激光器，對其

7、選頻機(jī)制進(jìn)行了分析，對其功率特性和光譜特性進(jìn)行了測試與分析，得到了連續(xù)輸出功率 180 mW，邊模抑制比大于 40 dB 的單模激光輸出。 5、根據(jù)部分相干光理論，采用楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，研究了單頻半導(dǎo)體激光器的空間相干特性，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)相干列陣器件工作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 摘要 5-7 Abstract 7-8 目錄 9-12 第1章 緒論 12-26 1.1 半導(dǎo)體激光器的.研究進(jìn)展 12-21 1.1.1 高功率半導(dǎo)體激光器 12-15 1.1.2 高效率半導(dǎo)體激光器 15 1.1.3 高可靠性半導(dǎo)體激光器 15-16 1.1.4 高光束質(zhì)量半導(dǎo)體激光器 16-18 1.1.5 窄線寬半導(dǎo)體激光器

8、 18-21 1.2 單縱模半導(dǎo)體激光器的研究進(jìn)展 21-23 1.2.1 國外單縱模半導(dǎo)體激光器的研究進(jìn)展 22-23 1.2.2 國內(nèi)單縱模半導(dǎo)體激光器的研究進(jìn)展 23 1.3 本文的研究目的與內(nèi)容 23-26 第2章 高階光柵單縱模半導(dǎo)體激光器理論設(shè)計(jì)與分析 26-46 2.1 半導(dǎo)體激光器的基本特性 26-29 2.1.1 半導(dǎo)體的輻射躍遷 26-27 2.1.2 半導(dǎo)體激光器的增益與閾值條件 27-29 2.2 半導(dǎo)體激光器的輸出功率與轉(zhuǎn)換效率 29-31 2.2.1 半導(dǎo)體激光器的輸出功率 29-30 2.2.2 半導(dǎo)體激光器的轉(zhuǎn)化效率 30-31 2.3 半導(dǎo)體激光器的縱模與光譜

9、特性 31-32 2.4 高階布拉格光柵波導(dǎo)的理論模型 32-38 2.4.1 分布反饋(DFB)激光器和分布布拉格反射(DBR)激光器 32-33 2.4.2 散射理論 33-36 2.4.3 傳輸矩陣?yán)碚撃Ｐ?36-38 2.5 高階布拉格光柵波導(dǎo)的光學(xué)特性分析 38-42 2.5.1 傳輸矩陣分析 38-40 2.5.2 高階布拉格光柵的損耗光譜 40-42 2.6 單縱模激光器的空間相干性分析 42-45 2.6.1 部分相干光定理 42-43 2.6.2 相干度理論計(jì)算方法 43-45 2.7 本章小結(jié) 45-46 第3章 高階光柵單縱模半導(dǎo)體激光器制備 46-68 3.1 外延生長

10、技術(shù) 46-47 3.2 光刻技術(shù) 47-52 3.3 刻蝕技術(shù) 52-61 3.3.1 干法刻蝕 52-55 3.3.2 SiO2和GaAs刻蝕工藝探索 55-59 3.3.3 濕法腐蝕 59-61 3.4 薄膜生長技術(shù) 61-65 3.4.1 電絕緣膜生長技術(shù) 62 3.4.2 金屬電極生長技術(shù) 62-64 3.4.3 光學(xué)薄膜生長技術(shù) 64-65 3.5 高階光柵半導(dǎo)體激光器的制備 65-66 3.6 本章小結(jié) 66-68 第4章 高階光柵分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器 68-94 4.1 高階光柵單縱模分布布拉格反射半導(dǎo)體激光器 68-81 4.1.1 器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 68-76 4.1.2

11、 器件制備 76-77 4.1.3 器件測量結(jié)果 77-81 4.2 雙波長高階光柵分布布拉格發(fā)射激光器 81-86 4.2.1 器件設(shè)計(jì) 81-83 4.2.2 器件制備 83-84 4.2.3 器件測量結(jié)果 84-86 4.3 高階光柵耦合半導(dǎo)體激光器可靠性分析 86-92 4.3.1 拉曼光譜分析技術(shù)原理 87-88 4.3.2 測試結(jié)果與分析 88-92 4.4 本章小結(jié) 92-94 第5章 高階光柵單縱模分布反饋半導(dǎo)體激光器 94-100 5.1 器件制備 94-96 5.2 器件測量結(jié)果 96-99 5.3 本章小結(jié) 99-100 第6章 單縱模半導(dǎo)體激光器件空間相干特性的研究 1

12、00-116 6.1 VCSEL單管器件空間相干性研究 100-107 6.1.1 部分相干光理論 101-103 6.1.2 測試結(jié)果 103-107 6.2 VCSEL列陣器件的空間相干特性研究 107- _ 6.2.1 器件設(shè)計(jì) 107-110 6.2.2 器件制備 110 6.2.3 測試結(jié)果 110- _ 6.3 本章小結(jié) _-116 第7章 總結(jié)與展望 116-118 118-132 1 R. N. Hall, G. E. Fenner, J. D. Kingsley, et al. Coherent light emission fromGa-As junctions J. Ph

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