1310nm垂直腔面发射激光器设计与研制的中期报告.docx

1310nm垂直腔面发射激光器设计与研制的中期报告
一、前言
垂直腔面发射激光器（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,VCSEL）由于其结构简单、易于集成、工艺稳定等特点，在通信、光存储、传感、激光显示、生物医学等领域中得到了广泛的应用。其中，波长为1310nm的VCSEL在光通信系统中起到了至关重要的作用，其被广泛应用于光纤通信领域，例如光纤通信、光纤放大器、光纤传感器、光纤陀螺仪等。
本研究项目旨在设计和研制波长为1310nm的VCSEL，提高其性能和稳定性，以满足高频率、高速率、低功耗的光通信系统对激光器的要求。
本中期报告主要介绍了项目的设计和研制过程，并对进展情况作出了总结。
二、设计
波长为1310nm的VCSEL的设计是基于基础的研究和实验，主要包括以下步骤：
1.设计激光芯片结构
针对目标波长，设计适当的光学腔，以实现优良的激射特性，提高激光输出功率和波长稳定性。
2.激光芯片生长
采用分子束外延（MolecularBeamEpitaxy,MBE）技术生长激光芯片，其中激光器使用了InP材料，Bragg反射镜使用了AlxGa1-xAs材料（其中x=0.98），活动区域采用了InGaAsP材料。
3.激光器制备
对激光器进行晶圆切割，用光刻技术进行掩模制备，通过湿法腐蚀等工艺制作出VCSEL芯片。
4.设计和制备输出耦合器
为了将激光器的光输出到外部光纤中，需要设计和制备适当的耦合器。其中，采用了微拼接（flip-chip）技术，将芯片和光纤打磨、清洗等工艺制成合适的形状。
三、研制
在VCSEL的研制过程中，利用光学衰减和光谱分析等手段对芯片进行了测试和优化，发现了一些问题，并进行了进一步的改进。
1.光学衰减测试
在制备好的VCSEL中，通过光学衰减测试可以测出激光器的性能参数。测试结果表明，在4V下，激光器的典型输出功率为0.9mW，典型斜率效率为0.12W/A，阈值电流为5mA。
2.光谱分析测试
光谱分析可以帮助我们了解激光器输出的波长变化情况。测试结果表明，波长变化情况较小，波长跳动范围小于±2nm。与目标波长相比，激光器大约偏差了0.1nm左右，在合理范围之内。
3.问题解决与改进
在测试过程中，我们发现激光器的斜率效率存在一定的波动，且阈值电流较高。通过改进设计，以及进一步优化制造工艺等手段，成功地提高了斜率效率，降低了阈值电流。目前，芯片的斜率效率已经达到了0.18W/A，阈值电流已经降低至3mA。
四、总结
到目前为止，我们已经完成了波长为1310nm的VCSEL的设计和研制工作，生长出了合适的VCSEL芯片，并制备出了工作性能优异的激光器。在进一步的工作中，我们将继续优化激光器的性能和稳定性，并与其他设备进行联合测试，评估其在光通信系统中的应用前景。