工程碩士答辯

1、44中國電子科技集團公司第四十四研究所工程碩士學位論文開題報告工程碩士學位論文開題報告電電 子子 科科 技技 大大 學學報告人：報告人： 田坤（四十四所）田坤（四十四所）44中國電子科技集團公司第四十四研究所目目 錄錄目目 錄錄一、選題名稱一、選題名稱二、目的意義二、目的意義三、研究內(nèi)容與方案論證三、研究內(nèi)容與方案論證四、可能存在的問題四、可能存在的問題五、研究條件五、研究條件六、進度安排六、進度安排 44中國電子科技集團公司第四十四研究所一、選題名稱一、選題名稱 新型650nm激光發(fā)射器件技術研究選題名稱選題名稱44中國電子科技集團公司第四十四研究所二、目的意義二、目的意義 研制研制可用于大

2、型偵查系統(tǒng)的可用于大型偵查系統(tǒng)的650nm半導體激光器，器件需要半導體激光器，器件需要滿足以下幾點技術要求：滿足以下幾點技術要求：工作波長：工作波長：65015nm；光譜半寬：光譜半寬：5nm；閾值電流：閾值電流：120mA；輸出功率：輸出功率：80mW（CW，T=20,工作電流工作電流150mA）；）；輸出穩(wěn)定度：輸出穩(wěn)定度：0.05dB/20/3h；光束：光斑直徑小于光束：光斑直徑小于5mm（透鏡輸出，距離光源（透鏡輸出，距離光源500mm平面上測平面上測量）；量）；外形尺寸：外形尺寸：30mm25mm 或或30mm30mm25mm；重量：重量：100g；工作溫度：工作溫度：-4065；儲

3、存溫度：儲存溫度：-5080；致冷器工作電流：致冷器工作電流：1A目的意義目的意義44中國電子科技集團公司第四十四研究所研究內(nèi)容與方案論證研究內(nèi)容與方案論證有源層結(jié)構(gòu)有源層結(jié)構(gòu) 波導結(jié)構(gòu)波導結(jié)構(gòu) 腔面鍍膜腔面鍍膜 三、研究內(nèi)容與方案論證三、研究內(nèi)容與方案論證 芯片的設計與制造芯片的設計與制造封裝設計封裝設計管殼設計管殼設計 準直光路設計準直光路設計 44中國電子科技集團公司第四十四研究所研究內(nèi)容與方案論證研究內(nèi)容與方案論證有源層結(jié)構(gòu)有源層結(jié)構(gòu)圖1 650nm波段的GaInP/AlGaInP激光器結(jié)構(gòu)示意圖 44中國電子科技集團公司第四十四研究所波導結(jié)構(gòu)波導結(jié)構(gòu) 研究內(nèi)容與方案論證研究內(nèi)容與方案

4、論證 量子阱半導體激光器中，波導層在量子阱的外側(cè)，被低折射率的限制層所包夾。在平面波導半導體激光器中，需要考慮兩種光波導。一種是在垂直于結(jié)平面方向上，低折射率的限制層包夾高折射率的波導層，這種波導結(jié)構(gòu)利用全反射將光場限制在中心層內(nèi)。另一種是在平行于結(jié)平面的方向上，由光損耗區(qū)包圍光增益區(qū)的結(jié)構(gòu)，即增益導引結(jié)構(gòu)。 脊波導結(jié)構(gòu)等側(cè)向折射率導引結(jié)構(gòu)比較符合項目要求 ，不易造成基側(cè)模選擇困難。圖2 使用Cl2/CH4/H2混合氣體ICP刻蝕制作的InGaAsP波導 44中國電子科技集團公司第四十四研究所腔面鍍膜腔面鍍膜 研究內(nèi)容與方案論證研究內(nèi)容與方案論證圖3 650nm波段（HfO2/SiO2）8 H

5、fO2高反膜反射率曲線 當膜層反射率合適時，會對激光器的降低閾值和提高斜率效率起到積極的促進作用。選取抗激光損傷閾值較高的氧化物薄膜作為膜層制作材料。 44中國電子科技集團公司第四十四研究所封裝設計封裝設計 研究內(nèi)容與方案論證研究內(nèi)容與方案論證 一般的TO管殼尺寸較小，致冷器的體積不適合放置于TO管殼中，蝶形封裝形式內(nèi)部空間較大，可以將致冷器與準直系統(tǒng)同時放置入殼體，但直接出光線需對殼體進行改造。 為了能達到較好的散熱效果，管殼底板應采用導熱系數(shù)較高的鎢銅材料（表面鍍金）。管殼設計管殼設計 44中國電子科技集團公司第四十四研究所封裝設計封裝設計 研究內(nèi)容與方案論證研究內(nèi)容與方案論證圖4 650

6、nm GaInP/AlGaInP激光器準直光路示意圖 650nm的GaInP/AlGaInP激光器的水平和垂直發(fā)散角一般在10和40范圍內(nèi)，激光器的發(fā)散角越大，光斑的尺寸越大，經(jīng)透鏡準直后要在500mm的距離上保持平行光束傳播，則準直后的發(fā)散角不得超過0.6。 準直光路設計準直光路設計 44中國電子科技集團公司第四十四研究所封裝設計封裝設計 研究內(nèi)容與方案論證研究內(nèi)容與方案論證圖5 圖a、b、c分別為水平和垂直發(fā)散角為10和40的650nm激光束的原始 光斑、傳播500mm后的光斑、保持0.6發(fā)散角傳播500mm后的光斑 準直光路設計準直光路設計 44中國電子科技集團公司第四十四研究所可能存在

7、的問題可能存在的問題 可能存在的問題可能存在的問題激光器芯片方面：激光器芯片方面：功率高，閾值低，斜率效率大于0.8W/A，對量子阱材料生長要求較高。激光器封裝方面：激光器封裝方面： 該器件主要對光斑和工作溫度有較高要求，因此器件封裝結(jié)構(gòu)中必須包括制冷器和光束整形系統(tǒng)。常見的TO封裝由于接觸散熱面積小，內(nèi)部空間有限，將不能滿足大功率器件散熱需要； 常見的半導體激光器件，一般采取直接出光（TO封裝）和光纖耦合出光（蝶形封裝）兩種輸出方式，該器件要求直接出光，但通常的TO封裝（管帽帶透鏡）很難保證在長距離上（500mm）形成較小的光斑，若在TO封裝內(nèi)部安裝光束整形光學元件，改造普通的的TO封裝，成

8、本又會較高。44中國電子科技集團公司第四十四研究所可能存在的問題可能存在的問題 可能存在的問題可能存在的問題激光器芯片方面：激光器芯片方面：功率高，閾值低，斜率效率大于0.8W/A，對量子阱材料生長要求較高。激光器封裝方面：激光器封裝方面： 該器件主要對光斑和工作溫度有較高要求，因此器件封裝結(jié)構(gòu)中必須包括制冷器和光束整形系統(tǒng)。常見的TO封裝由于接觸散熱面積小，內(nèi)部空間有限，將不能滿足大功率器件散熱需要； 常見的半導體激光器件，一般采取直接出光（TO封裝）和光纖耦合出光（蝶形封裝）兩種輸出方式，該器件要求直接出光，但通常的TO封裝（管帽帶透鏡）很難保證在長距離上（500mm）形成較小的光斑，若在TO封裝內(nèi)部安裝光束整形光學元件，改造普通的的TO封裝，成本又會較高。44中國電子科技集團公司第四十四研究所研究條件研究條件 研究條件研究條件 我所擁有完整的半導體激光器生產(chǎn)線，具有AIX 200 MOCVD設備，Philip PL能譜測試儀，Plasma system80 PEVD，suss MicroTec 光刻機，Plasma system100 ICP刻蝕機，ULVAC UEP-2010s蒸發(fā)臺，Vicker Z-Axis measurement 測深顯微鏡，AMBIOS Xp2 型臺階儀，Keithy 激光測試系統(tǒng)，精工