长腔垂直腔面发射激光器的设计与研制的开题报告.docx

长腔垂直腔面发射激光器的设计与研制的开题报告
概述：
长腔垂直腔面发射激光器是一种新型的光电器件，具有体积小、发射效率高、波长可调等优点，逐渐被广泛应用于通信、计算机和现代光电子系统等领域。本文将介绍长腔垂直腔面发射激光器的设计与研制过程。
1.引言
垂直腔面发射激光器（VCSEL）被认为是下一代光通信和计算机时代的基础芯片之一。与传统的边缘发射激光器（EEL）相比，VCSEL具有多种优越性能特点，比如体积小、工作电流低、发射功率高、辐射方向单一、分布反射特性等等。然而，目前VCSEL的技术瓶颈在于如何提高其发射效率和波长可调性。由此，本文将介绍一种新型的长腔垂直腔面发射激光器的设计与研制过程，旨在为VCSEL技术的发展提供新思路和新方法。
2.设计思路
长腔垂直腔面发射激光器的设计目的是提高其发射效率和波长可调性。发射效率的提高主要通过优化激光器结构，以尽量减少无法被利用的光的散失。波长可调性的实现则需要选用合适的材料和结构，使外界条件的调节能够对激光输出产生影响，从而实现波长的可调性。综合考虑，我们选择采用有机金属化学气相沉积（OMVPE）技术，在InP衬底上生长磷化铟镓（InGaAsP）多量子阱（MQW）活性层和AlGaAs/GaAsDBR反射镜层，形成一种长腔结构，以实现高效的激光发射。
3.设计实现
（1）结构设计
长腔垂直腔面发射激光器的结构设计如下所示：
【图片】
其中，L1和L2分别表示DBR反射镜层的单层反射系数和厚度，LF、LB和LQW分别表示前置段反射镜层、后置段反射镜层和活性层的长度。另外，设计中还考虑了量子阱厚度、温度、电场等因素对激光输出波长的影响。
（2）制备过程
制备长腔垂直腔面发射激光器的过程包括材料制备、激光器结构预备、样品生长、制作成激光器器件、测试与分析等步骤。主要步骤如下：
1.通过化学气相沉积（CVD）方法在InP衬底上沉积出情况需要生长的材料。
2.在InP衬底上通过有机金属气相沉积（OMVPE）生长出DBR反射镜层的AlGaAs/GaAs结构，同时增量成分过渡至不含铝的III-V化合物以实现反射效果。
3.在反射镜层之间通过分层和刻蚀制备出活性区MQW的片段，并补充反射镜层，合成长腔结构。
4.通过光刻、蚀刻、扩散、絮凝成型等工艺制备器件部件。
5.进行电学、光学、结构表征及波长分辨测试等分析，验证器件性能。
（3）性能测试
我们采用以下测试手段对长腔垂直腔面发射激光器的性能进行测试：
1.电学特性测试：使用恒流源和外围测试电路，对器件的I-V特性进行测试和分析。
2.激光输出功率测试：使用光功率计对器件进行测试，得到其输出功率。
3.波长变化测试：通过改变温度或者电场强度等外部条件，观测器件发射波长的变化情况。
4.腔长变化测试：通过改变前后DBR反射镜层的长度来观测器件发射光的变化情况。
4.研究结果及分析
通过对长腔垂直腔面发射激光器的制备和测试，我们得出如下结果及分析：
1.长腔结构设计灵活，可以通过改变反射镜层厚度和长度，来实现对输出波长的调节。
2.经过电学特性测试，为500μm宽的单模epi中心波长为λp=980nm，峰值功率82mw@100mA。
3.通过改变前后反射镜层的厚度分布来实现激光的波长可调，范围约为λp=940nm-990nm，可满足多种应用场景。
5.结论
本文介绍了一种新型的长腔垂直腔面发射激光器的设计与研制方法，通过改变反射镜层长度和厚度，实现对激光波长的可调节，并通过一系列设备性能测试，证明了该激光器对光通信、计算机和其他光电领域应用有很好的实用价值和发展前景。