InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器低温下光学特性研究

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量子计算机凭借量子不确定性使计算机的信息处理速度得到极大的提升,可以快速有效的分解信息和处理信息,而量子计算机需要在低温下工作,需要实现低温和室温的数据传输并且能够解决器件工作时带来的热效应的影响。为了解决这一问题可以利用体积小、功耗低的半导体激光器。因此研制出能够在低温下稳定工作、低功耗和具有很高调制速度的半导体激光器对实现室温和低温数据高速传输十分重要,可以成为量子计算机发展的突破口,也是半导体激光器发展的一个重要方向。本论文针对In GaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器在变温条件下,对激光器的一些性能进行研究,包括了在15 K到300 K的实验条件下,对激光器的输出特性、光谱调谐特性以及在不同温度下激光器的折射率和群折射率的计算,论文主要内容如下:1首先论文对半导体激光器的原理和应用进行了介绍,同时也对实验中所用的各种实验器件进行了叙述。2介绍了In GaAs/GaAs/In GaP 980 nm量子阱激光器材料的生长,包括分子束外延(MBE)技术,同时对In GaAs/GaAs/InGaP 980 nm量子阱激光器材料的结构和器件制造的工艺流程进行了介绍。3研究了激光器的发散角和在变温条件下量子阱激光器的输出性能,包括了它的调制特性、电流电压特性、阈值特性和功率特性。激光器的横向发散角约18度,竖直发散角约36度;同时对激光器的光谱特性进行了详细的测试,研究了温度、激光器的腔长以及施加的电流对激光器的光谱产生的调谐结果。其中腔长对光谱起到了轻微的调节,在15 K时,腔长1.0 mm和0.5 mm波长相差了1 nm;0.5 mm腔长的量子阱激光器,温度从15 K到300 K,激光器的波长红移范围约为71 nm左右;在1.0 mm腔长的量子阱激光器中,发现了它在电流范围47 m A到80 m A都可以稳定调谐。同时还发现了1.0 mm腔长的量子阱激光器在一些情况下会出现单模现象,边模抑制比为24.7 dB,可以其它电流范围内同样保持单模。4对色散、群折射率和折射率的关系进行了研究,首先测出温度变化观察纵模间距的变化:从15 K时0.19 nm到300 K时0.24 nm,计算出群折射率,利用折射率和群折射率相互转换的关系计算出了在低温15 K下量子阱激光器材料波导折射率约为3.0;同时还利用驻波公式,通过对激光器谐振腔内的纵模级数进行标定,观察其随温度的移动,同样计算出激光器材料波导折射率约为2.84,由于该方法影响因素很多,误差在5%是可以接受的,通过两种方法可以更加精确所求折射率范围。
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