一、Photonic Crystal VCSELs（论文文献综述）
武刚[1]（2021）在《光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究》文中提出伴随着5G、云计算、大数据和人工智等IT技术的迅速发展,作为其主要支撑的光通信技术也迎来了新的变革与挑战。为了实现更高的数据传输速率,光通信系统中各类光模块和光器件性能大幅提升,并逐渐向小型化、高速化、集成化的方向发展。其中,硅基亚波长光栅因其卓越的光学衍射特性,被广泛应用于激光器、光探测器、耦合器、滤波器、传感器等光电子器件中,并可利用它们实现更为复杂的光子集成电路。此外,基于高品质因子微腔的多种功能器件的出现,极大地推动了光子集成和光子芯片等领域的发展。本文主要围绕亚波长光栅分束器及一种屋形光学谐振腔展开理论分析及实验研究,主要的创新点和研究成果如下:1.研究了非周期亚波长光栅的衍射光波前相位控制特性,提出了透射光为平行光束的一维亚波长光栅功率分束器,设计了偏转角分别为15°和30°、功率比为1:2的1×2功率分束器,仿真得到分束后两光束的偏转角分别为14.4°和29.5°,功率比约为1:1.87,与设计值基本相符。此外,还提出了一维亚波长光栅合束器、透射光为会聚光束的一维亚波长光栅功率分束器、一维亚波长光栅双焦透镜等结构,并对这些器件的性能进行仿真验证。2.提出了基于双层结构一维条形亚波长光栅的偏振分束器,设计了焦距40μm,能够实现波长1.55μm、垂直入射的TM偏振光反射会聚、TE偏振光透射会聚的偏振分束器。仿真得到的TM反射光束焦距为40 μm,焦点处光场强度的半高全宽约1.88 μm,总反射率为90.8%;TE透射光束焦距为38.3 μm,焦点处光场强度的半高全宽约1.7 μm,总透射率为82.4%。该器件能够很好地实现两种正交偏振态的分离,并使分束后的光束各自会聚。3.提出了基于二维块状亚波长光栅的1×N功率分束器,理论分析中,设计了焦距为10 μm的透射型1×3和1×4功率分束器,仿真得到二者的焦距分别为9.5 μm和9.7 μm,总透射率分别为89%和87.2%,焦平面上各会聚点光场强度的半高全宽均小于2 μm。实际使用中,在SOI晶片上制备了焦距为150μm、半径为216 μm的圆形1×3功率分束器和边长为370 μm的方形1×4功率分束器,测量得到两功率分束器的焦距约为170 μm,焦平面上会聚光斑轮廓清晰。4.提出了基于二维块状亚波长光栅的柱面透镜、柱面反射镜和柱面分束透镜。理论分析中,设计了焦距为6 μm的凸柱面透镜和凹柱面反射镜,仿真得到二者的焦距分别为5.85 μm和5.6μm,两线状会聚光斑光场强度的半高全宽分别为0.82μm和1.08 μm。实际使用中,制备了周期为0.6 μm、焦距为250μm、面积为400 μm×400 μμm的亚波长光栅凸柱面透镜,在600 μm处测得透射光束的线状远场图像,两正交方向光斑光场强度的半高全宽分别为250 μm和680 μm。当改变入射光的偏振方向时,线状光斑的归一化强度保持不变,表明基于二维亚波长光栅的柱面透镜具有低的偏振敏感性。此外,还制备了 1×2柱面分束透镜,并对其衍射特性进行测试。5.提出了基于二维块状亚波长光栅的光束偏转器,理论分析中,设计了面积为7.8μm×7.8 μm、偏转角分量为α=30°（光束在光栅平面内投影与χ轴的夹角）、β=30°（光束与z轴夹角）的光束偏转器,仿真得到光束偏转角α和β分别为31.4°和29.5°。实际使用中,制备了面积为400μm×400 μm、两偏转角分量均为30°的光束偏转器,测量得到两偏转角分量分别为α测=29.5°、β测=29.6°,实现了对平行光束精确的偏转控制。6.与他人合作提出并实现了与亚波长光栅功率分束器混合集成、对称分布的三单元/四单元单行载流子光探测器阵列。在-2V偏压下,测量得到与1×3光栅功率分束器集成的三单元光探测器阵列的最大射频输出功率为11.5 dBm@15 GHz,饱和光电流为70 mA@15 GHz;与1×4光栅功率分束器集成的四单元光探测器阵列的最大射频输出功率为13.1 dBm@15 GHz,饱和光电流为91 mA@15 GHz。和相同结构的单个单行载流子光探测器相比,饱和特性有较大的提升。7.提出了一种由非平行反射镜构成的屋形光学谐振腔,分析了不同区域入射光束的谐振条件,仿真得到顶部反射镜倾角为1°、高度为4.468μm、宽度为14.976μm的屋形谐振腔TE20,1模线宽小于0.008 nm,品质因子不小于1.938×105。与具有相同尺寸参数的平行平面腔相比,屋形谐振腔能够将光场限制在更小的区域,实现了更小的光谱线宽、更高的品质因子和更小的模式体积。此外,还提出一种扩展结构的锥顶形光学谐振腔,并对其谐振特性进行了理论分析。
李儒颂[2]（2021）在《1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究》文中进行了进一步梳理随着智慧城市、5G网络、人工智能、云计算和大数据中心等新一代信息技术的快速发展,网络数据流量在近年来呈现出指数增长趋势,促使光互连技术向更高速率、更大容量和更低功耗的方向发展。高速面发射激光器作为该领域关键核心器件,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于长波长DBR难以外延生长且具有较大的损耗和串联电阻,因而还难以满足应用需求。而光子晶体面发射激光器（PCSELs）具有大面积单模激射、任意光束整形与偏振调控、片上二维光束控制及波长易于拓展等多种突出功能,因此在实现光纤的两个低损耗传输窗口（1.31μm,1.55μm）更具优势。近年来,受凝聚态中拓扑相和拓扑相变概念的启发,基于拓扑能带论的拓扑光子学正在兴起,其中具有鲁棒性的拓扑腔面发射激光器（TCSELs）不仅拥有高光束质量的优点,而且可以产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束。OAM复用技术可极大提高光通信系统的信道容量,是未来通信技术的重要发展方向。本论文基于光子晶体对光子态的调控,结合光子晶体微腔与光子晶体带边激射原理设计出了具有异质光子晶体腔结构,为实现高速PCSELs提供了可行性方案,同时将具有拓扑性质的光子晶体引入面发射激光器中并通过合理的优化设计,以达到高速、大功率、低阈值、窄线宽和提高边模抑制比的目的,具有潜在替代现有VCSELs的优势。主要研究内容和创新成果如下:1.对PCSELs的带边激射原理和阈值增益进行了理论分析,并结合半导体激光器速率方程推导出了PCSELs的光功率公式,同时分析了二维光子拓扑绝缘体的边界态与拓扑相变机理,为研制高速PCSELs与TCSELs提供了理论基础。2.开展了高速双晶格PCSELs的理论研究。设计了增强面内光反馈的PCSELs,其谐振腔是由两种具有不同光子带隙的光子晶体组成的面内异质结构,除了利用光子晶体带边的光反馈外,还利用了两种光子晶体边界的反射,并通过调控其中双晶格光子晶体的两个空气孔间距来提高反向传播光之间的一维耦合系数,从而实现对激射模式的强面内限制。通过三维时域有限差分法（3D-FDTD）证实了我们所提出的异质PCSELs可以在较小的正方形区域内实现1.3μm单模激射,并可能实现大于30 GHz的3d B调制带宽。3.开展了基于Dirac点高速PCSELs的理论研究。通过调控光子晶体参数得到双Dirac锥形色散,设计了增强Dirac点面内反馈的PCSELs,并且由于在Dirac点态密度可以降为零,而自发辐射耦合系数?与态密度成反比,因此利用Dirac点作为带边激射,可有效提高PCSELs调制速率,通过3D-FDTD证实其是以四极模激射,在基于少模的空分复用系统中可能具有潜在的应用。4.开展了基于能带反转光场限制效应的高速拓扑体态面发射激光器的理论研究。拓扑谐振腔是由拓扑态光子晶体（R2=1.05R0）外围完整拼接与其带隙相当的拓扑平庸态光子晶体（R1=0.94R0）构成,在拼接的边界处会产生光场的反射和限制效应,通过3D-FDTD证实其可在较小的正六边形区域内实现1.3μm低发散角单模激射。此外,该拓扑体态面发射激光器由于能带反转引起的反射只发生在靠近布里渊区中心附近的一个很小的波矢范围,因此限制了能够获得有效反馈的模式数目,这种模式选择机制与带边模式PCSELs完全不同,更有利于实现单模面发射,在高速光通信领域中的应用将更具有优势。5.开展了高速Dirac涡旋腔面发射激光器的理论研究。通过对正常蜂窝光子晶体超胞应用广义的Kekulé调制和收缩操作,然后将它们完整拼接得到异质Dirac涡旋腔（具有鲁棒的中间带隙模）,同时适当调控腔中子晶格的尺寸,使得带间模收敛于Dirac点频率并处于外围光子晶体的禁带中,以达到增强带间模面内光反馈的目的,从而有利于实现高速调制。研究结果表明,以该异质Dirac涡旋腔的带间模作为带边激射,可在较小的区域内实现1.3μm单模矢量光束输出,这为发展具有优异性能的新型高速拓扑PCSELs提供了可能。
张彬[3]（2021）在《940 nm垂直腔面发射激光器外延生长研究》文中认为随着3D传感和人脸识别技术在手机上的广泛应用,940 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为技术的核心光源,其有低阈值电流、高频调制、二维阵列集成、动态单纵模工作等优点,在未来的光电子技术领域有更广阔的发展前景。但是,在器件研究上存在外延生长技术不完善、经验不足、成品率低和可靠性低等问题。因此,本文开展了从有源区、分布式布拉格反射镜（DBR）到VCSEL的外延生长研究工作。利用金属有机化合物气相沉积技术（MOCVD）,通过优化生长厚度、温度、掺杂浓度等生长条件,进行940 nm VCSEL外延生长技术研究。针对有源区,设计了高势垒InGaAs/AlGaAs多量子阱（MQWs）结构,在其高微分增益前提下,着重解决外延生长过程中阱层In原子偏析问题。通过在MQWs结构中设计超薄Ga As材料插入层,并优化插入层的厚度,获得了最佳性能MQWs结构。通过对高结晶质量的MQWs结构进行了理论研究和测试分析,AlGaAs势垒可以提高MQWs结构中辐射复合几率,Ga As插入层可以减少表面粗糙度和In原子的偏析。针对DBR,探究p型DBR结构设计、外延生长、测试分析。利用PICS3D软件设计并模拟了22对p型Al0.9Ga0.1As/Ga As DBR结构,其最大反射率为99.58%,反射带宽为103 nm。同时,结合异质结界面处组分渐变和阶梯掺杂,设计了高反射率、高热导率、低串联电阻的DBR结构,并使用MOCVD外延生长其结构,利用分光光度计进行反射率测试和霍尔设备进行电阻率和掺杂浓度测试,通过优化结构和生长条件,获得了高反射率、低损耗的DBR外延结构。针对VCSEL,结合温度对有源区量子阱增益波长偏移,和DBR结构中材料折射率随温度变化对布拉格波长的影响,通过调整间隔层材料组分和厚度,利用PICS3D软件设计了940 nm VCSEL,模拟了VCSEL增益谱、阈值电流、腔模位置等参数。利用MOCVD技术外延生长940 nm VCSEL,利用白光光谱仪测试腔模位置、mapping测试外延片均匀性。通过分析测试结果,优化结构和生长条件,完成了940 nm VCSEL芯片外延生长。随着VCSEL在3D传感、激光雷达等领域的广泛应用,外延生长高质量、高可靠性的VCSEL芯片对制备高功率、高电光转化效率、高调制带宽等高性能器件,具有重要的现实意义。
田姣[4]（2021）在《铅基钙钛矿微纳结构的脉冲激光特性与机理研究》文中指出半导体微腔激光器具有腔长短、响应快、可集成度高等优点,在现代信息技术领域具有重要的应用需求。基于钙钛矿结构的新型半导体光电材料,由于具有大的光学吸收系数、高的光致发光量子产率、长的载流子扩散长度、超低的缺陷态密度和可调节的直接带隙等优良特性,在激光器方面也展示出了巨大的应用潜力。近年来,基于不同钙钛矿种类的微纳结构激光器不断涌现,相关的研究主要集中在谐振腔类型、激发波长、钙钛矿种类对稳态激光特性的影响,而对钙钛矿微纳结构激光器的瞬态激光特性及相关的光物理机制的研究尚处于起步阶段,加强这方面的深入了解对促进半导体微腔激光器在超高速通信等领域的应用具有重要的学术和应用价值。针对以上问题,本论文制备出了具有不同谐振腔类型的铅基钙钛矿微纳单晶结构,基于超快时间分辨光致发光检测技术系统地研究了铅基钙钛矿微纳单晶结构的稳态激光特性、瞬态激光特性、以及相关的载流子动力学和光物理机制,增强了对铅基钙钛矿微纳单晶结构激光特性的深入理解,为今后优化和提升铅基钙钛矿微纳激光性能提供可靠有效的参考。本论文的主要研究内容如下:（1）搭建了两种具有可同时观察样品微纳形貌功能的时间分辨光致发光测试系统:光克尔门荧光光谱和条纹相机测试系统。此外,还基于光学参数放大器搭建了波长可调谐（290 nm～2400 nm）的多光子吸收测试系统,用以研究钙钛矿微纳结构的上转换激光特性。（2）探究了钙钛矿薄膜基于多光子吸收产生随机激光（Random Laser,RL）的性能,发现基于三光子和双子吸收的RL阈值低于单光子吸收的RL阈值,激发光在钙钛矿薄膜中的有效穿透深度是可能的原因之一。同时研究了衬底对钙钛矿薄膜RL阈值的影响,在图形化衬底上的薄膜比平面衬底上的薄膜具有更低的RL阈值,经时间分辨光致发光实验和光学仿真首次证实了图形化衬底可增强钙钛矿薄膜中光的多重散射和光循环,从而可以降低RL阈值,这为降低钙钛矿薄膜RL的阈值提供了一个有效的策略。（3）探究了不同载流子密度下的钙钛矿微盘回音壁模式（Whispering Gallery Mode,WGM）激光动力学特性,揭示了基于电子-空穴等离子体（Electron-Hole Plasma,EHP）的激射机制,并在钙钛矿微盘中实现了波长可调的多纵模WGM激光。利用物理模型定性地阐明了基于EHP激射的载流子动力学行为,揭示了增益谱和单个模式峰位的移动分别是由于带隙重整化（Band Gap Renormalization,BGR）效应和由载流子密度变化引起的折射率变化所引起的。此外,还研究了载流子弛豫和BGR效应对不同波长下载流子动力学的影响,并简要探讨了与激发强度密切相关的激光脉冲特性。（4）探究了钙钛矿微米线谐振腔中的法布里-珀罗（Fabry-Pérot,FP）模式的激光脉冲特性,揭示了产生短脉冲的相关机制及限制脉宽的因素。在钙钛矿微米线中实现了单纵模FP激光发射,获得了不同激光强度下的超短激光脉冲,利用引入了非线性增益饱和因子的增益开关半导体激光器单模速率方程,结合实际实验参数,半定量地模拟出了其依赖于激发强度的脉宽、上升时间与衰减时间的特性,证实为增益开关激光特性,模拟结果还表明由载流子加热效应导致的低瞬态饱和增益限制了输出脉冲的脉宽。（5）通过优化制备条件重结晶温度和配体比例,获得了宽晶粒尺寸范围的纳米晶,并基于钙钛矿纳米晶增益介质和腔外分布式布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflector,DBR）,制备出了钙钛矿纳米晶垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）,成功实现了单模脉冲激光输出,通过条纹相机系统研究了该VCSEL的载流子衰减动力学,展示了受激辐射和自发辐射随激发强度变化的进展,探究了钙钛矿纳米晶增益介质对VCSEL单模激光输出特性的影响和相关的物理机制。本论文的研究工作增强了对铅基钙钛矿微纳单晶结构激光特性的深入理解,为今后优化和提升铅基钙钛矿微纳激光性能提供可靠有效参考,对促进将来钙钛矿微腔激光器的实际应用具有重要的意义。
王翔媛,崔碧峰,李彩芳,许建荣,王豪杰[5]（2021）在《垂直腔面发射激光器横模控制方法的研究进展》文中研究说明垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为理想的激光光源,具有广阔的发展前景。在光纤通信、光互连以及激光打印等应用领域中,大多要求VCSEL工作在基横模状态,而由于VCSEL自身的结构特点,易于激射出多横模,因此对VCSEL横向模式的限制成为了研究热点。本文综述了VCSEL横模控制方法的研究报道,分类分析了光子晶体、表面浮雕、反波导、扩展谐振腔以及高对比度光栅结构等横模控制方法的研究进展。
张继业[6]（2021）在《近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究》文中研究指明外部光学结构可以作为垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL）的外腔,使VCSEL的输出功率、光束质量得到提高。外部光学结构可以通过外腔镜、光栅、倍频晶体等等实现相应的功能。外腔镜和垂直腔面发射增益芯片构成光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器（Optically-pumped vertical-external-cavity surface-emitting laser,VECSEL）,采用外部光注入的方式使VECSEL产生激光激射。VECSEL综合了面发射半导体激光器和光泵浦固体激光器的优点,在实现高功率输出的同时,还能保证激光具有高的光束质量与良好的光斑形貌。同时,由于这种结构拥有一个灵活的外腔,可以在腔内放置频率转换、波长调谐或锁模功能的各种光学元件,结合半导体材料宽的激光光谱范围,这种外腔式的面发射激光器结构具有极宽的光谱覆盖范围。因此,VECSEL技术一经出现,即获得了人们的广泛关注。VECSEL用的增益芯片内部各外延层无需掺杂,避免了半导体材料掺杂带来的光吸收等问题,但是VECSEL实现高功率输出的关键在于要有高增益的内部发光区结构。本文采用PISC3D商用软件开展了980 nm波段的VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度和温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,采用双侧Ga As P应变补偿的发光区具有更理想的增益特性。通过Sellmeier公式,探讨了作为DBR反射镜的AlxGa1-xAs材料体系,利用传输矩阵分析了VECSEL中的DBR反射镜的反射谱以及微腔中光场强度的分布特性。经过对VECSEL器件的设计和理论仿真,VECSEL器件实现输出功率达到9.82 W,并且没有饱和;通过改变外腔镜的反射率,VECSEL的激射波长随泵浦功率漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,说明了外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,进而影响VECSEL的输出功率。所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激射光斑呈现为良好的圆形。通过对比非线性晶体特性,确定采用LBO做倍频晶体,完成了腔内倍频实验,实现了光束质量M2小于2的488 nm蓝光超过3W的激光功率输出。在980nm波段的VECSEL的基础上,开展了1160nm波段的VECSEL器件结构的设计。由于需要采用高In组分的In Ga As材料作为量子阱,导致高应变的产生,容易产生应变积累效应。为解决应变积累效应,提出了二次应变补偿的设计结构,即先用低P组分的Ga As P作为势垒,再采用高P组分的Ga As P作为应变补偿层。在器件完成制备后,在增益芯片控温-20℃时,实现了最大激光功率1.02W的1164nm波长的激射,其在正交方向上的发散角分别为10.5°和11.9°,光斑形貌为圆形对称结构,均匀性较好。在VECSEL谐振微腔中,根据增益谱随泵浦功率的变化特性,通过增益失谐的设计,提出了一种950 nm和1000 nm波长可转换的VECSEL,实现了超过2 W的最大输出功率。随着泵浦功率的增加,光束质量M2的变化趋势在整体上是下降的。这种可切换的波长操作为仅使用线性腔实现高功率双波长发射提供了一种新的可能性。另外,针对传统的VCSEL缺少对偏振特性的控制能力,研究人员采用多种方法来稳定VCSEL的偏振状态,例如使用精细的金属交错光栅、外部光反馈、电光双折射、光子晶体和高对比度光栅等结构。然而,利用这些复杂的工艺实现VCSEL的大规模制造是非常困难的。因此,在本文中,我们通过增强氧化层的各向异性氧化,提出一种带有梭形氧化孔径的VCSEL,能够实现模式和偏振的控制。对于尺寸为2×4.6μm2和3×6μm2的氧化孔径,VCSEL的正交偏振抑制比分别为22 dB和19 dB。对于孔径为2×4.6μm2的VCSEL,在0.5 m W的输出功率下,边模抑制比超过25dB。最后,实现了单横模单偏振的VCSEL的设计和制造。
李佳平[7]（2020）在《面向短波长通信的GaN微腔激光器》文中提出近二十年来,芯片之间的通信以及整个处理器系统与存储系统之间的通信已经成为影响系统性能的限制因素,而集成光子学能够以低功耗大带宽,解决片上通信、片上互联以及片外通信的发展瓶颈。然而要实现光子集成系统首先要解决的就是片上光源。而Ga N基宽禁带半导体激光器,尤其是Ga N回音壁（WGM）激光是利用光学全反射将光有效的束缚在腔体内,光学损耗极其微弱,具有高品质因子和低阈值的激光特性,是实现片上通信理想的片上光源,一直是光电器件研究领域的热点之一。本论文主要从激光的Q值,激光模式,激光辐射方向,激光光场能量分布等方面来研究Ga N WGM紫外激光。为了实现高Q值低阈值的单模Ga N紫外激光,我们利用微纳加工工艺设计并制备直径为4.98)侧壁带周期光栅的Ga N悬浮微盘激光器,侧壁的环形光栅类似于DBR光栅,能够对激光的模式进行选模,在室温下通过光泵浦激光实验,获得了单模高Q值的紫外WGM激光。另外光与物质相互作用过程中,控制微腔能量自发辐射以及微腔内外的光场分布是非常重要的。为了控制激光的辐射方向以及微腔的能量分布,我们通过微纳加工手段设计并制备了圆盘带狭缝的Ga N悬浮微盘激光器。与传统的WGM模式相比,带垂直狭缝的微盘结构能够将微腔的相当一部分能量集中在空气狭缝中,非常有利于提高微腔与物质相互作用效率,这对于实现高灵敏度的传感器是很有帮助的。此外,垂直狭缝结构能够改变微腔中的光路,获得高质量激光的定向发射,而且定向发射激光可以提高收集效率,促进电子器件和光子器件的集成。在此基础上,我们还尝试性进行了电泵浦光电器件的研究。利用微纳加工工艺设计并制备了不同尺寸的微Ga N发光二极管（-LED）。通过测试电致发光光谱发现,小尺寸-LED的单位面积发光强度要比大尺寸-LED的单位强度要强,因此可以在Si基Ga N平台上实现高效表面发射器件。此外,我还进行电泵浦Ga N基激光器的尝试研究,利用微纳加工工艺设计并制备了直径758)“车轮”状悬空Ga N基微腔LED,通过电泵浦驱动的方式获得了蓝光波段的输出。与未悬空器件性能进行了对比分析,发现悬空之后的器件发光半高宽变窄,发光效率提高,虽然湿法悬空刻蚀工艺使器件电极的欧姆接触受到影响,影响了电学性能,但仍然证明了有一定的腔体效应存在。论文首先研究了光泵浦微腔的激光性能,然后进一步从提高微腔增益,降低损耗的角度尝试进行了电泵浦微腔激光器研究,本论文的研究为微腔激光器的设计和制备提供重要的技术支持,对于设计新型的Ga N基WGM激光器有重要意义。
常高垒[8]（2020）在《太赫兹量子级联激光器谐振腔：从锁相耦合阵列到偶极天线阵列》文中研究表明自2002年,太赫兹量子级联激光器（Terahertz Quantum Cascade Laser,THz-QCL）问世以来,由于其能量转换率高、紧凑、轻便、易于集成等优点,成为了THz辐射源研究领域中的焦点。经过近20年的发展,THz-QCL在输出功率、最高工作温度、远场光斑、单模性质以及调谐范围等性能上得到了很大的提高。这些进步不仅得益于量子级联有源区的设计和外延生长技术的提高,同时也得益于人们对THz-QCL波导结构和谐振腔结构的探索。本文以设计出优异的谐振腔结构,以提高THz-QCL输出功率、远场光斑质量以及单模性质关键性能为目的,分别对THz-QCL锁相耦合阵列和双金属波导偶极天线阵列进行了研究。围绕锁相耦合THz-QCL阵列技术路线,以成倍地提高单模激光器的最高输出功率为目的,研究结果如下:1)结合理论和实验研究了掩埋光栅一级分布反馈太赫兹量子级联激光器(1st-DFB-THz-QCL)中的模式竞争和功率特性。理论计算得到掩埋光栅腐蚀深度与两个带边模式的波导损耗、光学限制因子、辐射损耗以及辐射效率的关系。实验和测试表明,激光器辐射波长和掩埋光栅的周期呈正比,激光器可在整个动力学范围内均实现稳定地单模工作。2)结合上述工作,基于倏逝波耦合机制获得了包含有两个1st-DFB-THz-QCLs的锁相耦合激光器。在理论上探究了锁相耦合结构中同相耦合以及反相耦合的阈值条件和模式竞争。从实验上获得了稳定工作的单模输出锁相耦合激光器阵列,其最高输出功率为8.06 mW,是单元器件的1.72倍。光谱以及远场测试结果分别验证了锁相耦合激光器处于稳定地锁相状态,并且通过调节阵列中的单元器件的泵浦电流,实现了对锁相耦合器件一维远场的电调控,其中远场光斑最强点的角度可从-10°到10°连续地电致扫描。围绕双金属波导偶极天线阵列THz-QCL技术路线,以获得高散热性能、高质量远场、高辐射效率、宽频率电调谐等优点为一体的THz-QCL谐振腔为目标,研究结果如下:3)运用偶极天线理论,探讨了单个线性偶极天线以及偶极天线阵列的原理基础,探讨了天线结构的辐射场的辐射角度、辐射损耗等特性。将偶极天线结构和THz双金属波导结构相结合,研究了双金属波导偶极模式的电场分布和功率流特性,进而研究了双金属波导偶极阵列结构中的同相模式和反相模式的特性,揭示了两个模式不能直接用于THz-QCL谐振腔的原因。4)基于同相模式,并采用聚苯丙环丁烯（BCB）介质层和金属反射镜面,设计了新型THz-QC-VCSELs谐振腔结构。该结构利用双向辐射偶极天线的特性,结合双向辐射天然的反相关系,经金属镜将反相位的光场反射回偶极天线的顶部,显着降低谐振腔的辐射效率,实现THz辐射的激射。计算表明,该结构可灵活地控制激射频率以及辐射损耗,并且具有单瓣的远场辐射光斑,模拟得到远场光斑的半高全宽可低至6.5°?8°。提出了新型的谐振腔边界条件——辐射边界条件（Radiation Boundary Condition,RBC）,计算表明,它可减少器件的功耗,提升器件的最高工作温度。探索了Ga As基的BCB键合固化工艺,构建精确厚度的BCB介质层和反射镜,设计并摸索了THz-QC-VCSELs的工艺流程。5)基于反相模式,设计了非均匀偶极天线垂直表面发射的THz-QCL谐振腔。通过模拟数值分析,获得了结构参数和激射频率、辐射损耗的关系。模拟中发现,该谐振腔同时具有高质量远场、窄脊条、辐射损耗大范围可调等优点。在实验上获得了单模、垂直表面激射的THz-QCL,器件远场光斑的半高全宽可低至4.5??16?。实验上探究了非均匀偶极天线THz-QCL的结构调谐以及功率特性,获得了最高输出功率为33.2 mW,功率斜率效率为77.2 mW/A,电光转换效率为0.14%的器件。最后,对进一步提高非均匀偶极天线垂直表面发射的THz-QCL的性能,最终实现连续流模式下,具有高输出功率、高质量远场光斑、宽的电调谐范围性能的THz-QCL做出展望和设想。
袁浚,张正平,解意洋[9]（2018）在《新型正方晶格基横模光子晶体面发射激光器》文中认为高功率基横模垂直腔面发射激光器（VCSEL）在光通信、传感、原子频标和光电混合集成等领域有着重要的应用,将光子晶体结构引入到VCSEL中,通过设计结构尺寸和分布,可以有效控制VCSEL的横向模式。课题组将正方形排列的光子晶体结构引入到VCSEL中,实现对VCSEL的横向模式和基横模出光功率控制,获得高基横模出光功率器件。通过采用平面波展开法（PWE）和全矢量三维时域有限差分方法（FDTD）对正方晶格结构光子晶体的合理设计,获得正方形排布光子晶体周期、占空比和刻蚀深度等重要参数。成功地制备出基横模出光功率大于3 mW,边模抑制比大于40 dB的正方晶格光子晶体VCSEL。
蒋国庆,徐晨,解意洋,荀孟,曹亚鹏,陈弘达[10]（2016）在《质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器制备》文中认为在光子晶体垂直腔面发射激光器中采用质子注入工艺,使台面工艺变成纯平面工艺,降低了光子晶体结构制备难度,简化了器件制备,提高了器件的均匀性。质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器中的光子晶体结构,在电流限制孔小于光子晶体缺陷孔时,仍能控制器件光束及模式特性,该结果可用于优化器件阈值电流,制备高性能低阈值电流基横模器件。实验所设计制备的器件,在注入电流小于12.5 m A时,阈值电流2.1 m A,出光功率大于1 m W,远场发射角小于7°,有效验证了光子晶体结构在质子注入型面发射激光器中的光束改善及模式控制作用。
二、Photonic Crystal VCSELs（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Photonic Crystal VCSELs（论文提纲范文）
（1）光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景 |
| 1.2 论文研究的意义 |
| 1.3 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 亚波长光栅的研究进展及应用 |
| 2.1 基于亚波长光栅的高反射镜 |
| 2.2 基于亚波长光栅的抗反射表面 |
| 2.3 基于亚波长光栅的光波导 |
| 2.4 基于亚波长光栅的偏振控制器件 |
| 2.5 基于亚波长光栅的相位控制器件 |
| 2.6 基于亚波长光栅的耦合器 |
| 2.7 基于亚波长光栅的滤波器 |
| 2.8 亚波长光栅的应用前景 |
| 2.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 亚波长光栅的严格耦合波分析法及器件设计方法 |
| 3.1 周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析法 |
| 3.1.1 一维条形周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析 |
| 3.1.2 二维块状周期结构亚波长光栅的严格耦合波分析 |
| 3.2 基于亚波长光栅的光学器件设计方法 |
| 3.2.1 基于一维条形亚波长光栅的器件设计 |
| 3.2.2 基于二维块状亚波长光栅的器件设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 一维亚波长光栅分束器的研究 |
| 4.1 基于一维亚波长光栅的功率分束器 |
| 4.1.1 透射光为平行光束的功率分束器 |
| 4.1.2 基于一维亚波长光栅的合束器 |
| 4.1.3 透射光为会聚光束的功率分束器 |
| 4.1.4 一维条形亚波长光栅双焦透镜 |
| 4.2 基于一维亚波长光栅的偏振分束器 |
| 4.2.1 偏振分束器模型 |
| 4.2.2 偏振分束器的结构设计 |
| 4.2.3 偏振分束器的仿真验证 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维亚波长光栅分束器的研究 |
| 5.1 基于二维亚波长光栅的1×N功率分束器 |
| 5.1.1 具有会聚功能的透射型1×N功率分束器模型 |
| 5.1.2 1×N功率分束器的结构设计 |
| 5.1.3 1×N功率分束器的仿真验证 |
| 5.1.4 一种1×9功率分束器 |
| 5.2 基于二维亚波长光栅的柱面透镜、柱面反射镜 |
| 5.2.1 柱面透镜和柱面反射镜模型 |
| 5.2.2 柱面透镜和柱面反射镜的设计与仿真 |
| 5.2.3 柱面透镜的实验验证 |
| 5.3 基于二维亚波长光栅的柱面分束透镜 |
| 5.4 基于二维亚波长光栅的光束偏转器 |
| 5.4.1 光束偏转器模型及光束控制机理 |
| 5.4.2 光束偏转器的性能仿真 |
| 5.4.3 光束偏转器的实验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 光栅功率分束器与光探测器阵列集成的研究 |
| 6.1 单行载流子光探测器原理 |
| 6.2 与亚波长光栅功率分束器集成的光探测器阵列结构 |
| 6.3 1×N光栅功率分束器的设计与制备 |
| 6.4 集成光探测器阵列的设计与制备 |
| 6.5 集成光探测器阵列的性能测试 |
| 6.5.1 暗电流测试 |
| 6.5.2 频率响应特性测试 |
| 6.5.3 交流饱和特性测试 |
| 6.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 屋形光学谐振腔的研究 |
| 7.1 一种屋形光学谐振腔 |
| 7.1.1 屋形谐振腔的结构及分析 |
| 7.1.2 屋形谐振腔的模式特性 |
| 7.2 一种锥顶形光学谐振腔 |
| 7.2.1 锥顶形谐振腔结构及分析 |
| 7.2.2 锥顶形谐振腔的模式特性 |
| 7.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文及申请的专利 |
| 学术论文 |
| 申请专利 |
（2）1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高速半导体激光器及其研究状况概述 |
| 1.2.1 高速垂直腔面发射激光器(VCSELs)概述 |
| 1.2.2 高速分布反馈(DFB)激光器概述 |
| 1.2.3 高速量子级联激光器(QCLs)概述 |
| 1.2.4 高速光子晶体激光器(PCLs)概述 |
| 1.2.5 高速半导体激光器的瓶颈及发展趋势 |
| 1.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)研究进展 |
| 1.3.1 大面积相干1.3μm PCSELs |
| 1.3.2 PCSELs的光束模式控制 |
| 1.3.3 PCSELs的光束控制 |
| 1.3.4 高亮度PCSELs |
| 1.4 拓扑光子学 |
| 1.4.1 从拓扑电子学到拓扑光子学 |
| 1.4.2 拓扑光子晶体激光器研究进展 |
| 1.5 涡旋光束 |
| 1.5.1 涡旋光束的发展历程 |
| 1.5.2 涡旋光束光通信原理及优势 |
| 1.5.3 OAM模式的复用与解复用 |
| 1.5.4 OAM编码通信技术 |
| 1.5.5 拓扑涡旋激光器研究进展 |
| 1.6 本论文选题依据及主要研究内容 |
| 第二章 高速光子晶体面发射激光器的理论基础 |
| 2.1 半导体激光器速率方程理论 |
| 2.1.1 量子阱激光器速率方程模型 |
| 2.1.2 量子级联激光器速率方程模型 |
| 2.1.3 量子点激光器速率方程模型 |
| 2.2 半导体激光器的直接调制原理 |
| 2.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)的理论基础 |
| 2.3.1 PCSELs带边激射原理 |
| 2.3.2 PCSELs阈值增益 |
| 2.3.3 PCSELs输出光功率 |
| 2.3.4 PCSELs输出光功率的提高方法 |
| 2.3.5 PCSELs三维耦合波理论 |
| 2.4 Purcell因子和自发辐射因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 拓扑光子学基础 |
| 3.1 拓扑绝缘体与Dirac方程 |
| 3.1.1 Dirac方程和束缚态的解 |
| 3.1.2 修正的Dirac方程与Z2 拓扑不变量 |
| 3.1.3 拓扑不变量与量子相变 |
| 3.1.4 拓扑保护的边界态解 |
| 3.2 拓扑物理中的经典模型 |
| 3.2.1 Su-Schrieffer-Hegger(SSH)模型 |
| 3.2.2 Haldane模型 |
| 3.2.3 Bernevig-Hughes-Zhang(BHZ)模型 |
| 3.3 光子Dirac锥及其相关物理 |
| 3.3.1 光子晶体中的Dirac锥 |
| 3.3.2 Dirac 光局域模 |
| 3.4 二维光子拓扑绝缘体 |
| 3.4.1 光子拓扑绝缘体中的拓扑不变量 |
| 3.4.2 赝时间反转对称性与赝自旋 |
| 3.4.3 二维拓扑保护边缘态 |
| 3.4.4 拓扑光子晶体的k·P模型 |
| 3.4.5 拓扑光子相变机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 1.3μm 高速光子晶体面发射激光器研究 |
| 4.1 双晶格光子晶体谐振腔 |
| 4.1.1 双晶格光子晶体谐振腔的概念 |
| 4.1.2 双晶格光子晶体谐振腔晶格间距的调谐 |
| 4.2 1.3μm高速双晶格光子晶体面发射激光器设计 |
| 4.2.1 异质PCSELs的结构设计 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.2.3 结论 |
| 4.3 基于Dirac点 1.3μm高速光子晶体面发射激光器的设计 |
| 4.3.1 研究背景 |
| 4.3.2 理论基础 |
| 4.3.3 器件设计 |
| 4.3.4 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 1.3μm 高速拓扑体态面发射激光器研究 |
| 5.1 高速拓扑体态面发射激光器的设计 |
| 5.1.1 二维拓扑光子晶体谐振腔的设计 |
| 5.1.2 仿真结果 |
| 5.2 理论分析 |
| 5.2.1 蜂窝光子晶体的紧束缚模型 |
| 5.2.2 基于赝自旋能带反转分析 |
| 5.2.3 拓扑谐振腔支持的腔模 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器研究 |
| 6.1 矢量光束的理论基础 |
| 6.2 Dirac涡旋腔 |
| 6.2.1 对DFB激光器和VCSELs的拓扑理解 |
| 6.2.2 Jackiw-Rossi零模 |
| 6.2.3 Dirac涡旋腔的参数 |
| 6.2.4 Dirac涡旋腔的性质 |
| 6.3 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器的设计 |
| 6.3.1 异质 Dirac 涡旋腔的设计 |
| 6.3.2 仿真结果 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本论文主要完成工作 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）940 nm垂直腔面发射激光器外延生长研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 垂直腔面发射激光器(VCSEL)概述 |
| 1.2 研究背景和意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 高势垒量子阱有源区研究 |
| 2.1 有源区结构及工作原理 |
| 2.2 高势垒InGaAs/AlGaAs多量子阱结构外延设计及生长研究 |
| 2.3 InGaAs/AlGaAs多量子阱光致发光测试及原理分析 |
| 2.4 InGaAs/AlGaAs多量子阱结构晶体生长质量测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 DBR结构设计及外延生长研究 |
| 3.1 DBR结构及工作原理 |
| 3.2 DBR结构设计及外延生长 |
| 3.3 DBR结构外延片测试分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 VCSEL外延生长研究 |
| 4.1 VCSEL结构及工作原理 |
| 4.2 940 nm VCSEL结构设计 |
| 4.3 940 nm VCSEL外延生长 |
| 4.4 940 nm VCSEL外延片测试分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 论文工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
| 致谢 |
（4）铅基钙钛矿微纳结构的脉冲激光特性与机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的与意义 |
| 1.2 半导体微纳结构激光原理 |
| 1.3 钙钛矿微纳结构激光器的发展 |
| 1.3.1 钙钛矿材料的发展与基本性质 |
| 1.3.2 钙钛矿微纳结构的制备方法 |
| 1.3.3 无外腔钙钛矿微纳激光 |
| 1.3.4 外腔耦合的钙钛矿激光 |
| 1.3.5 多光子泵浦的钙钛矿微纳激光 |
| 1.3.6 钙钛矿微纳激光载流子动力学和机理研究 |
| 1.4 研究现状分析 |
| 1.5 超快时间测量技术 |
| 1.5.1 瞬态荧光光谱技术 |
| 1.5.2 瞬态吸收光谱技术 |
| 1.5.3 光泵浦太赫兹探测技术 |
| 1.6 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 光学测试系统的搭建 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光克尔门荧光光谱测试系统 |
| 2.3 条纹相机测试系统 |
| 2.4 多光子吸收测试系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 CH_3NH_3PbBr_3薄膜的脉冲随机激光特性与机理研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 CH_3NH_3Pb Br_3钙钛矿薄膜的制备 |
| 3.3 FTO衬底CH_3NH_3PbBr_3薄膜的脉冲随机激光 |
| 3.3.1 形貌结构与光学表征 |
| 3.3.2 基于多光子和单光子吸收的稳态随机激光 |
| 3.3.3 时间分辨的脉冲随机激光 |
| 3.4 低阈值PSS衬底CH_3NH_3PbBr_3薄膜的脉冲随机激光 |
| 3.4.1 形貌结构与光学表征 |
| 3.4.2 稳态随机激光特性 |
| 3.4.3 光学仿真和时间分辨的脉冲随机激光 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 CsPbCl_xBr_(3-x)微盘的脉冲WGM激光特性与机理研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 CsPbCl_xBr_(3-x)微盘的制备与表征 |
| 4.2.1 CsPbCl_xBr_(3-x)微盘的制备 |
| 4.2.2 CsPbCl_xBr_(3-x)微盘的形貌结构表征 |
| 4.3 CsPbCl_xBr_(3-x)微盘波长可调的稳态WGM激光 |
| 4.4 CsPbCl_xBr_(3-x)微盘的电子-空穴等离子体脉冲激光动力学 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 CsPbBr_3微米线的脉冲FP激光特性与机理研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 CsPbBr_3微米棒的制备与表征 |
| 5.2.1 CsPbBr_3微米棒的制备 |
| 5.2.2 CsPbBr_3微米线的形貌结构表征 |
| 5.3 CsPbBr_3微米棒的稳态FP激光 |
| 5.4 CsPbBr_3微米线的增益开关脉冲激光动力学 |
| 5.4.1 增益开关脉冲激光动力学 |
| 5.4.2 速率方程拟合 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 CsPbBr_3纳米晶VCSEL的脉冲激光特性与机理研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 CsPbBr_3纳米晶的制备与表征 |
| 6.2.1 CsPbBr_3纳米晶的制备 |
| 6.2.2 CsPbBr_3纳米晶的光学表征 |
| 6.2.3 CsPbBr_3纳米晶的形貌结构表征 |
| 6.3 CsPbBr_3纳米晶VCSEL的制备 |
| 6.4 CsPbBr_3纳米晶VCSEL的稳态激光特性 |
| 6.5 CsPbBr_3纳米晶VCSEL的脉冲激光载流子动力学 |
| 6.6 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（5）垂直腔面发射激光器横模控制方法的研究进展（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 VCSEL横模控制方法 |
| 2.1 光子晶体结构 |
| 2.2 表面浮雕结构 |
| 2.3 扩展谐振腔结构 |
| 2.4 反波导结构 |
| 2.5 高对比度光栅结构 |
| 2.6 五种横模控制方法的分析比较 |
| 3 结束语 |
（6）近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光泵浦垂直外腔面发射激光器 |
| 1.2.1 VECSEL的由来 |
| 1.2.2 VECSEL的优势 |
| 1.2.3 高功率输出的研究进展 |
| 1.2.4 VECSEL的应用 |
| 1.2.5 VECSEL的研究意义 |
| 1.3 电泵浦垂直腔面发射激光器 |
| 1.3.1 VCSEL研究进展 |
| 1.3.2 VCSEL发展与应用 |
| 1.3.3 单模单偏振VCSEL的研究意义 |
| 1.3.4 单模单偏振VCSEL的研究现状 |
| 1.4 本论文的研究目的与研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 VECSEL外延结构设计 |
| 2.1 激光操作原理 |
| 2.2 VECSEL的工作原理 |
| 2.3 外腔:形状和设计 |
| 2.4 增益区的设计 |
| 2.4.1 应变量子阱结构模拟 |
| 2.4.2 量子阱的应变 |
| 2.4.3 增益区的数值模拟 |
| 2.5 DBR反射镜设计 |
| 2.6 周期性谐振增益结构 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 VECSEL外延生长和制备 |
| 3.1 外延生长技术 |
| 3.1.1 VECSEL的外延生长 |
| 3.1.2 外延生长后特性测试 |
| 3.2 VECSEL封装技术研究 |
| 3.2.1 外延片清洗 |
| 3.2.2 表面金属化 |
| 3.2.3 焊接封装 |
| 3.2.4 外延片衬底刻蚀工艺 |
| 3.3 PL光谱和反射谱 |
| 3.4 VECSEL的热管理研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 980nm VECSEL实验研究 |
| 4.1 980nm高功率VECSEL |
| 4.1.1 VECSEL的泵浦方式 |
| 4.1.2 VECSEL输出特性 |
| 4.2 VECSEL倍频特性的研究 |
| 4.2.1 倍频基本原理 |
| 4.2.2 倍频实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 1160 nm VECSEL实验研究 |
| 5.1 1160nm VECSEL基本概述 |
| 5.2 应变量子阱结构模拟 |
| 5.3 器件结构设计 |
| 5.4 输出特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 波长可转换的高功率VECSEL |
| 6.1 双波长VECSEL基本概述 |
| 6.2 器件的性质 |
| 6.3 输出特性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 面发射激光器的模式控制 |
| 7.1 VCSEL设计 |
| 7.1.1 器件结构描述 |
| 7.1.2 VCSEL的特性参数 |
| 7.1.3 各向异性侧氧化分析 |
| 7.2 器件制备工艺流程 |
| 7.2.1 光刻技术 |
| 7.2.2 刻蚀工艺 |
| 7.2.3 选择性氧化工艺 |
| 7.2.4 工艺流程 |
| 7.3 测试结果与分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 论文工作的创新点 |
| 8.3 论文展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）面向短波长通信的GaN微腔激光器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要内容和章节安排 |
| 第二章 微腔激光器的研究基础 |
| 2.1 半导体材料的发展 |
| 2.1.1 Si、Si C、Ga N材料特性分析 |
| 2.1.2 GaN基外延材料的生长 |
| 2.1.3 GaN基半导体器件的发展 |
| 2.2 微腔激光器 |
| 2.2.1 微谐振腔的基本原理 |
| 2.2.2 半导体内的量子跃迁 |
| 2.2.3 激光产生的基本条件 |
| 2.2.4 微腔激光器的分类 |
| 2.2.5 微腔激光器的应用 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 实验室制备仪器和加工工艺介绍 |
| 3.1 实验室仪器介绍 |
| 3.1.1 微纳加工平台 |
| 3.1.2 光电性能测试平台 |
| 3.2 制备工艺介绍 |
| 3.2.1 光刻工艺 |
| 3.2.2 刻蚀工艺 |
| 3.2.3 光学镀膜 |
| 3.2.4 退火工艺 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 光泵浦Si基GaN微腔激光器 |
| 4.1 晶圆外延结构 |
| 4.2 光泵浦悬浮GaN微盘激光器 |
| 4.2.1 器件制备流程 |
| 4.2.2 器件性能分析 |
| 4.3 带垂直狭缝悬浮GaN微盘激光器 |
| 4.3.1 器件制备流程 |
| 4.3.2 器件性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 关于电泵浦Si基GaN微腔激光器尝试性研究 |
| 5.1 Si基GaN微二极管 |
| 5.1.1 晶圆外延结构 |
| 5.1.2 器件制备流程 |
| 5.1.3 Ga N基 μ-LED的性能分析 |
| 5.2 电泵浦“车轮”状Ga N基微腔LED |
| 5.2.1 晶圆外延结构 |
| 5.2.2 器件制备流程 |
| 5.2.3 器件悬空前后性能分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（8）太赫兹量子级联激光器谐振腔：从锁相耦合阵列到偶极天线阵列（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子级联激光器 |
| 1.1.1 带间和子带间跃迁 |
| 1.1.2 量子级联激光器的有源区设计 |
| 1.2 THz-QCL的波导结构 |
| 1.2.1 半绝缘表面等离子体波导 |
| 1.2.2 双金属波导 |
| 1.3 THz-QCL谐振腔结构 |
| 1.4 激光器波导结构及谐振腔的模拟方法 |
| 1.4.1 有限元方法 |
| 1.4.2 有限差分时域 |
| 1.4.3 介电常数的计算 |
| 1.5 论文主要内容 |
| 第2章 基于掩埋光栅的一级分布反馈THz-QCL |
| 2.1 有源区材料的外延生长和性能验证 |
| 2.2 分布反馈理论 |
| 2.3 掩埋光栅DFB的结构设计 |
| 2.3.1 掩埋光栅无限周期结构的模拟 |
| 2.3.2 有限周期个数谐振腔的模拟 |
| 2.4 关键工艺 |
| 2.5 测试和讨论 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 倏逝波耦合THz-QCL锁相耦合器件 |
| 3.1 平行波导耦合理论 |
| 3.2 锁相耦合器件结构和模拟 |
| 3.3 器件制备方法 |
| 3.4 实验结果和讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 太赫兹波段双金属波导偶极天线原理和特性 |
| 4.1 线性偶极天线理论基础 |
| 4.2 线性偶极天线阵列理论基础 |
| 4.3 双金属波导偶极模式 |
| 4.4 双金属波导偶极阵列中的两个模式 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 垂直腔表面发射太赫兹量子级联激光器的设计和工艺探索 |
| 5.1 双向辐射反相耦合THz-QC-VCSEL的设计 |
| 5.1.1 双向辐射反相耦合的结构与原理 |
| 5.1.2 双向辐射反相耦合阵列中激射模式特性和功率特性 |
| 5.1.3 谐振腔的三维模拟以及辐射边界条件 |
| 5.2 器件的关键工艺探索以及制备流程 |
| 5.2.1 BCB键合工艺 |
| 5.2.2 器件的制备流程 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 非均匀偶极天线阵列的垂直表面发射THz-QCL |
| 6.1 器件的模型与设计 |
| 6.2 器件的制备 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 存在的问题和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）新型正方晶格基横模光子晶体面发射激光器（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 器件光子晶体结构设计 |
| 2 器件制备 |
| 3 结果与讨论 |
| 4 结论 |
（10）质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器制备（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 质子注入光子晶体VCSEL光学微腔模型 |
| 2 器件制备 |
| 3 结果与讨论 |
| 4 结论 |
四、Photonic Crystal VCSELs（论文参考文献）
- [1]光通信系统中亚波长光栅分束器及屋形谐振腔的研究[D]. 武刚. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究[D]. 李儒颂. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [3]940 nm垂直腔面发射激光器外延生长研究[D]. 张彬. 长春理工大学, 2021(02)
- [4]铅基钙钛矿微纳结构的脉冲激光特性与机理研究[D]. 田姣. 华东师范大学, 2021
- [5]垂直腔面发射激光器横模控制方法的研究进展[J]. 王翔媛,崔碧峰,李彩芳,许建荣,王豪杰. 激光与光电子学进展, 2021(07)
- [6]近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究[D]. 张继业. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [7]面向短波长通信的GaN微腔激光器[D]. 李佳平. 南京邮电大学, 2020(03)
- [8]太赫兹量子级联激光器谐振腔：从锁相耦合阵列到偶极天线阵列[D]. 常高垒. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(01)
- [9]新型正方晶格基横模光子晶体面发射激光器[J]. 袁浚,张正平,解意洋. 红外与激光工程, 2018(06)
- [10]质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器制备[J]. 蒋国庆,徐晨,解意洋,荀孟,曹亚鹏,陈弘达. 红外与激光工程, 2016(12)