一、External-Cavity Tunable Laser Using MEMS Technology（论文文献综述）
王小龙[1]（2021）在《宽调谐偏振稳定半导体激光技术研究》文中提出随着当代信息网络技术的飞速发展,人们对高速信息处理、高速信息传输能力、传输容量等方面的需求标准也在不断地提升。可调谐垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL）凭借其独有的圆形对称光斑、低功耗、单纵模、波长连续可调、易于2-D阵列以及低成本等特点,成为了领域内最具核心竞争力的理想光源。但由于VCSEL特殊的圆形对称波导谐振腔以及作为反馈的DBR镜不具备偏振选择功能,偏振模式间的各向异性较弱,使得可调谐VCSEL不具备稳定的单偏振模式输出特性。本文以实现VCSEL稳定的单偏振输出以及宽的调谐范围为目标,从理论与实验上开展了相关研究,设计了三种具有偏振稳定、宽波长调谐范围的新型可调谐VCSEL结构,分别为内腔亚波长光栅结构、顶部波状反射镜结构以及内腔液晶结构。在对可调谐VCSEL器件相关工艺研究的基础上,制备了基于内腔亚波长光栅结构的可调谐VCSEL器件,并对器件的输出特性进行了测试与分析。具体的研究工作及相关研究结论如下:（1）在基于内腔亚波长光栅的可调谐VCSEL器件结构研究中,利用亚波长光栅的双折射和抗反射特性,实现对输出偏振模式的控制以及波长调谐范围提升。优化后可调谐VCSEL腔内偏振模式间的共振波长在材料增益谱上实现了最大17.5nm（TE类型）和28nm（TM类型）的波长分离值,可实现稳定的单偏振模式输出。实验制备的器件在20℃时,输出功率为1.6m W,波长调谐范围为22.7nm,正交偏振抑制比（Orthogonal Polarization Suppression Ratio,OPSR）>20d B。（2）在基于顶部波状反射镜的可调谐VCSEL结构研究中,利用波状结构对偏振模式间引入的反射损耗差,实现对输出偏振模式的控制。研究了结构参数对偏振模式反射特性的影响。在研究的基础上,设计了具有高反射率、大反射带宽以及高偏振选择比的波状结构作为可调谐VCSEL的顶部反射镜。在84.5nm的连续波长调谐范围内,TM模式的阈值增益始终大于TE模式,最大增幅超过10倍,使可调谐VCSEL实现了稳定的单偏振模式输出。（3）在基于内腔液晶的可调谐VCSEL结构研究中,设计了具有内部耦合层的新型液晶可调谐VCSEL结构实现对器件自由光谱范围的提升。优化后,波长调谐范围从27.4nm拓展到41.1nm。在偏振特性的研究中,分析了偏振模式间的共振波长与阈值特性随液晶厚度的变化关系,阐明了液晶厚度对影响可调谐VCSEL输出偏振模式的内在机理。
曾杰[2]（2020）在《基于重构等效啁啾技术的可调谐激光器设计及线宽压窄技术研究》文中研究指明随着网络技术的不断发展与进步,光通信系统需要更高的通信带宽与速率,这些新的挑战给光通信领域带来新的发展机会。可调谐激光器在光通信、传感等领域有着重要的作用。而光通信系统面临光信号处理与分析的新挑战,对激光器的线宽也提出了新的要求。可调谐窄线宽激光器也是高速相干光通信系统中的核心光电子器件。本论文基于重构等效啁啾技术设计并制作了双段式HR-AR镀膜激光器及其阵列,并研究了一种压窄可调谐激光器线宽的新方法。本文主要内容和结果如下:1、提出了一种基于重构等效啁啾技术的双段式HR-AR镀膜激光器及其阵列。该种结构的激光器采用双电极设计,通过在前后两段激光器中注入不同的电流引入有效折射率差,来补偿HR镀膜端面因解理带来的不确定相位,使之可以达到单纵模工作。应用该种结构的DFB激光器可以通过改变两段激光器的电流注入比,使其单纵模率达到100%。在验证性设计之后,基于该结构设计了波长在C波段的四激光器阵列,在保证温度不变（25℃）、总注入电流为100 mA的情况下,改变电流注入比便可以达到设计的1.6 nm波长间隔。阵列中的每个激光器的温度调谐特性基本保持一致,为0.108 nm/℃。在总注入电流为100 mA的情况下,改变电流注入比和温度,可以实现每个激光器覆盖4个通道,共16个通道,通道间隔为0.4 nm,单模特性良好,边模抑制比最低为45.2 d B。2、利用外腔自注入反馈技术实现了可调谐激光器的线宽压缩,并对实验结果进行了详细分析。在提出的自注入反馈的方案中,在反馈光路长为7.2 m的情况下,通过改变反馈强度,激光器线宽随着反馈强度的增加而变窄。在-20 d Bm的反馈强度下,线宽从自由运转时的3.4 MHz压窄到34.35 kHz。在保证反馈强度不变的情况下改变反馈腔长,随着腔长的增加,激光器线宽也随之变窄。在反馈光路长为57.2 m时,线宽压窄至4.3 kHz,但是边模抑制比劣化。在反馈光路为7.2m的情况下,调整子激光器的输出功率为3 dBm,反馈光功率为-20 dBm,可以将可调谐激光器的所有子激光器线宽都压窄至100 kHz以下,最低为34.4 kHz。
郑舟[3]（2020）在《基于液晶微腔的垂直腔面发射激光器特性研究》文中研究表明垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）是一种被广泛应用于光通讯、气体检测以及3D传感等领域的半导体激光器,具有低阈值电流、易于二维集成、高调制速率等优势。为了提高系统的可靠性和稳定性,本文设计了一种振荡波长在900-940 nm附近调谐的内腔液晶可调谐VCSEL。基于时域有限差分法模拟光场在器件中的分布,获得在各种液晶厚度和折射率下激光器的共振波长,并分析了该结构获得宽范围波长调谐和偏振稳定输出的物理特性。设计的液晶可调谐激光器波长调谐范围的模拟结果达到42.4 nm,并对偏振性进行模拟和实验上的分析。主要的研究工作如下:1.结构设计工作:液晶微腔结构设计,包括高对比度光栅和液晶层,和半VCSEL器件结构的设计,包括有源区、分布式布拉格反射镜和共振腔。基于严格耦合波理论设计了一种利用液晶作为低折射率材料的Si/Si O2复合高对比光栅作为上反射镜的内腔液晶可调谐VCSEL,当940 nm TM偏振光入射时,通过优化各项参数得到宽带（Δλ=256 nm）高反射率（R>99%）且具有偏振稳定性的光栅结构,满足VCSEL顶部腔面反射镜的要求。基于传递矩阵法和时域有限元差分法对分布式布拉格反射镜的反射率进行了计算,对反射镜对数、材料折射率对比度和生长顺序分别进行讨论,当材料为Al0.9Ga0.1As/Al0.1Ga0.9As,对数为25对时,结构的反射率超过99%,带宽超过150 nm;基于费米黄金法则,利用PICS3D软件对有源区进行模拟,运用控制变量法得到940 nm时材料增益最大时的量子阱结构参数,得到阱宽为0.007μm、垒宽为0.1μm的In0.17Ga0.83As/Al0.3Ga0.7As量子阱结构在940 nm波长处的峰值增益为4771.2 cm-1;2.调谐及偏振特性研究:通过时域有限元差分法对共振腔的光场分布进行计算,通过优化得到最佳的液晶厚度。当液晶微腔厚度为2002 nm时,器件有最大的调谐范围,当液晶折射率从1.65变化至1.5时,共振波长从936.9 nm变化至894.5 nm处,以915.7 nm为中心,调谐范围为42.4 nm。通过对不同腔长条件下器件的阈值增益进行计算,可以发现器件对不同的入射偏振光有明显的差异,在厚度为2002 nm、液晶折射率在1.7至1.55的变化过程中可以实现偏振稳定输出,并通过实验制备了液晶盒,测试液晶对偏振光的双折射性。
林康龙[4]（2020）在《基于DFB激光器阵列的快速可调谐激光器的设计与实现》文中研究说明5G网络的构建和全球数据中心数量的快速增长要求光通信网络能够承载更大的数据流量。与传统的信息传输方式相比,光交换技术不需要任何的光电交换,能提供更高的宽带和更低的延时,且大大降低了成本。作为光交换网络中的关键器件,可调谐激光器的波长切换速度很大程度上决定了光交换网络的性能。此外,快速可调谐激光器在激光雷达探测、传感等领域也能发挥重要作用。然而目前市场上缺少理想的快速可调谐激光器光源,因此,有必要研究快速可调谐激光器的实现方法。本论文在串并联分布反馈（DFB）激光器阵列芯片的基础上搭建了可实现波长快速切换的控制系统,该阵列芯片采用重构等效啁啾（REC）技术研制而成。论文首先介绍了可调谐激光器的种类和各自的工作原理,并且通过调研市场产品总结了可调谐激光器的发展现状。接着介绍了REC技术的原理、DFB激光器阵列的波长切换方式以及波长切换过程中系统的稳定控制方法。然后文章介绍了八通道快速波长切换系统的设计方案,该系统由控制、稳流、开关切换、温度控制等模块组成。控制模块负责与上位机通信并向其它模块发送控制信息;稳流模块接收来自控制模块的电流控制指令后,为激光器提供稳定的驱动电流;开关模块接收开关控制信号实现激光器通道的快速开关;温控模块采用比例-积分-微分（PID）算法对半导体制冷器（TEC）进行控制,保证激光器工作温度的稳定。接下来我们根据设计方案研制出了快速可调谐激光器模块实物,并搭建测试系统对该模块进行测试。测试发现,该模块具有良好的出光性能和稳定性,且波长切换速度可快至300ns。然而实际的应用场景要求可调谐激光器具有更多的波长通道和更快的波长调谐速度。因此我们改进八通道快速波长切换系统的稳流和开关切换部分,得到了十六通道快速可调谐激光器。稳流模块改用数模转换芯片获得高速的单端电压信号,从而控制稳流电路输出驱动电流;开关切换模块则选用多路复用器芯片进行通道选择。最后搭建了测试系统对改进的十六通道快速可调谐激光器进行了性能测试。测试结果表明,十六通道快速可调谐激光器通道间的波长切换时间在25ns左右。本文研制的基于DFB激光器阵列的快速可调谐激光器调谐速度快,成本低且支持通道数的拓展。经过进一步的改良和测试,该控制系统有望被广泛应用于光交换网和激光雷达等领域。
王智辉[5]（2020）在《外腔激光器无跳模调谐性能研究》文中指出新型超高分辨率（0.1 pm量级）光谱分析系统在光纤通信与传感中得到越来越广泛的应用。具有无跳模调谐范围大、输出功率高、线宽窄等特点的可调谐光源是其重要组成部分,直接决定了系统光谱分辨能力的高低。本文重点围绕外腔激光器的无跳模调谐特性展开了相关研究工作,主要内容包括:（1）给出了外腔可调谐激光器的基本数学模型,建立了外腔结构下描述载流子和光子互作用的速率方程组,介绍了Schawlow-Townes线宽模型并分析了影响线宽的主要因素,推导了表征外腔激光器无跳模调谐特性的数学表达式。（2）针对基于SBS效应的超高分辨率光谱分析系统对可调谐光源的大范围无跳模调谐的需求,对外腔激光器进行了结构选型和优化设计,仿真分析了Littman型外腔激光器P-I特性、线宽特性和无跳模调谐特性。结果表明:通过优化旋转点误差可以大幅改善激光器的无跳模调谐特性,优化后的Littman型外腔激光器波长调谐范围可以覆盖1530-1560 nm,无跳模调谐范围大于100 GHz,线宽小于200 k Hz,在注入电流为300 m A时输出功率约为23.6 m W,有望较好地满足上述应用需求。（3）搭建了Littman型外腔激光器的实验装置,实验研究了该激光装置的P-I特性、线宽特性和无跳模调谐特性。结果表明:优化后的Littman型外腔激光器波长调谐范围为1525-1575 nm,无跳模调谐范围约为131.3 GHz,线宽约为71 k Hz,在注入电流为300 m A时输出功率约为25 m W,满足基于SBS效应的超高分辨率光谱分析系统对可调谐光源的需求。（4）提出了一种基于短光纤延时自外差结构和功率谱双参量提取算法的100 Hz量级超窄线宽测量方案,具有结构简单、受1/f噪声影响小、光纤长度误差容忍度高等优点。
王延[6]（2020）在《Littrow结构近红外外腔半导体激光器的研究》文中研究指明激光器在原子物理、高分辨率光谱、相干光通讯、激光雷达等领域都有很重要的应用,这些领域均要求激光器输出光可以调谐到某一个或者多个特定波长,因此,具有优良输出特性的可调谐半导体激光器已成为不可或缺的光学器件。单片集成激光器如分布式反馈（DFB）激光器、分布式布拉格反射（DBR）激光器、垂直腔表面发射激光器（VCSEL）等都是通过温度或者电流来实现波长的可调谐,调谐范围仅有几纳米,并且不能实现连续调谐。可调谐外腔半导体激光器（ECDL）避免了上述问题,通过调谐外腔中的光学元件实现可调谐,最大连续可调谐范围可达到几十纳米,同时实现窄线宽输出。外腔半导体激光器具有结构简单、可调谐范围大、光电转换效率高、高边模抑制比（SMSR）等优点。本文制备了不同输出波段的Littrow结构的外腔半导体激光器,通过设计特殊结构的增益芯片及调谐光学元件,优化激光器的输出特性,为可调谐外腔半导体激光器更广泛的应用提供了理论基础及实验证据。具体的研究内容及实验结果如下:（1）、外延生长InGaAs/GaAs双尺寸量子点,波导结构采用渐变折射率分离限制异质结构;并制备了量子点外腔半导体激光器。该激光器可实现第一激发态激发,由于高能态具有更高的简并度,可容纳更多的电子,因此具有高输出功率。当注入电流为500 mA时,最大输出功率可达到120 mW,激光器的可调谐范围为28.9 nm（970.1999 nm）,输出波长为988.3 nm时光谱线宽可低至0.2 nm,边模抑制比为35 dB。量子点外腔半导体激光器在调谐波长为982.6 nm时阈值电流最低,最低阈值电流为2.75 kA/cm2。衍射光栅位置不变,逐渐增加电流,量子点外腔半导体激光器具有很好的波长稳定性。其中,调谐波长为995 nm时,波长的变化率约为0.7 nm/A。（2）、研究了1550 nm Littrow结构外腔半导体激光器输出特性的影响因素。首先以光束为轴旋转光栅,使光束偏振方向从垂直光栅刻线方向（强反馈）变成与光栅刻线方向成一定的角度（弱反馈）,光栅的旋转使一阶衍射效率降低,进而降低了反馈光强度,从实验中观察到:在强反馈条件下,输出光光谱具有明显的残余反馈,导致在低电流条件下输出光的边模抑制比较低,最高边模抑制比仅为47 dB;而通过偏振失配实现的弱反馈模式,可以有效的消除残余反馈现象,边模抑制比可高达54 dB。两种输出模式均可实现单纵模、宽范围可调谐。300 mA时,弱反馈模式最大调谐范围为130.9 nm,最低阈值电流为84 mA,由于光反馈强度较弱,最大输出功率为5.5 mW;强反馈模式的最大调谐范围为161.2 nm,最低阈值电流为50 mA,最大输出功率可达到49.9 mW。弱反馈模式半导体激光器光谱纯净、单模输出且具有宽可调谐的特性,可应用于有相关要求的领域。其次,研究了光栅常数变化对外腔半导体激光器性能的影响。当光栅刻线密度从600 lines/mm增加到1200 lines/mm时,激光器的边模抑制比从47 dB增加到65 dB,可调谐范围从161.2 nm增加到209.9 nm,两种激光器的线宽分别为0.07 nm及0.05 nm。实验证明,适当提高光栅刻线密度可提高外腔半导体激光器的边模抑制比及可调谐范围。由于光栅刻线密度越大,角色散越大,提高了光栅分辨率,外腔半导体激光器具有更高的边模抑制比及更宽的可调谐范围。
李文睿[7]（2019）在《应用于外腔可调谐半导体激光器的MEMS静电驱动设计与仿真》文中指出随着科学技术的发展,外腔可调谐半导体激光器受到人们的极大关注。与其他可调谐激光器相比,可调谐半导体激光器具有波长调谐范围宽、结构紧凑和调谐速度快等优点,这些优点使其在频谱分析,光纤传感和污染气体检测等领域具有广泛应用。其中,基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS）转镜的外腔可调谐激光器因其本身具有结构紧凑、可调谐范围宽、光谱线宽窄、控制精度高等优点,一直是可调谐半导体激光领域的研究热点。对于这类激光器,最关键的技术是按照激光器特定需求驱动腔内全反镜或者光栅移动的MEMS驱动器的设计。目前市面上的MEMS驱动器仍存在一些问题,如旋转角度有限制,驱动电压过高,或者结构本身不能满足外腔可调谐激光器无跳模连续调谐、光谱线宽窄等需求。因此本文在现有研究基础上,对应用于外腔可调谐激光器的MEMS驱动开展相关研究,提出了四种可绕虚轴点旋转的新型MEMS驱动结构。具体工作如下:（1）本文在详细分析单梳静电梳齿驱动原理的基础上,利用COMSOL Multiphysics软件,构建了单梳MEMS驱动模型,并对结构进行仿真,同时分析了其旋转特性。同时,构建了多个不同梳齿间距、梳齿宽度、悬臂梁长度、梳齿弧度的单梳结构模型,对这些参数逐个进行仿真对比分析,重点探讨了这些参数对结构旋转结果的影响,为应用于外腔可调谐激光器的MEMS静电驱动结构提供了最优梳齿参数及优化依据。（2）本文提出了一种应用于外腔可调谐激光器的MEMS突出梳齿对称驱动结构。首先对单梳突出梳齿结构进行分析,构建单梳突出梳齿结构模型,并进行仿真分析,结果表明突出梳齿能够有效减小驱动电压。在此基础上,对突出梳齿的参数进行了进一步建模分析,探讨了这些参数对结构旋转结果的影响。其次,改进并提出了一种绕虚轴点旋转的MEMS对称驱动结构,该结构可以实现窄结构下,大角度绕虚轴点旋转。同时考虑突出梳齿的优点,提出了 MEMS突出梳齿对称驱动结构,对所提结构进行建模分析,并不断优化参数与结构,最终得到了结构顶端距虚轴点2500 μm,施加52 V电压,可以实现旋转2.5°的MEMS对称驱动结构。（3）本文提出了一种应用于外腔可调谐激光器的ME入MS突出梳齿扇环驱动结构。首先对绕虚轴点旋转的MEMS扇环驱动结构的原理进行详细分析,其本身可以实现绕外侧虚轴点大角度旋转。同时结合突出梳齿的特点,提出了 MEMS突出梳齿扇环驱动结构。然后对所提结构进行建模分析,并不断优化参数与结构,最终得到了结构顶端距虚轴点3200 μm,施加140 V电压,可以实现旋转3°的MEMS扇环驱动结构。（4）本文提出了一种应用于外腔可调谐激光器的MEMS拉链梳齿对称驱动结构。首先对单梳拉链梳齿结构进行分析,构建单梳拉链梳齿结构模型,并进行仿真分析,结果表明拉链梳齿在结构尺寸一定时,可以有效增加旋转角度。在此基础上,对拉链梳齿参数进行了进一步分析,探讨了这些参数对结构旋转结果的影响。在对称结构原理分析的基础上,提出了MEMS拉链梳齿对称驱动结构,对所提结构进行建模分析,通过对参数的不断优化,最终得到了结构顶端距虚轴点2500 μm,施加262 V电压,可以实现旋转3.7°的MEMS对称驱动结构。（5）本文提出了一种应用于外腔可调谐激光器的MEMS拉链梳齿扇环驱动结构。在拉链梳齿参数分析与扇环驱动原理分析的基础上,提出了MEMS拉链梳齿扇环驱动结构,进行建模分析,得到了拉链梳齿对扇环驱动结构优化作用较小的结论。本文创新点如下:（1）为了降低MEMS驱动结构对高驱动电压的要求,我们首次将突出梳齿结构应用于绕虚轴点旋转的MEMS对称结构中,将工作时梳齿间距缩小至1 μm。由此设计的应用于无跳模、窄线宽外腔可调谐激光器的MEMS突出梳齿对称驱动结构,施加52 V电压,可以实现绕虚轴点双侧旋转2.5°。相比于已有绕虚轴点旋转的MEMS驱动结构需要几百伏的驱动电压,我们提出的MEMS突出梳齿对称驱动大幅减小了驱动电压和结构宽度。（2）为了不影响光路设计并降低MEMS驱动结构对高驱动电压的要求,我们首次将突出梳齿结构应用于绕虚轴点旋转的MEMS扇环结构中,使结构可以绕外侧虚轴点旋转同时减小梳齿间距。由此设计的应用于无跳模、窄线宽外腔可调谐激光器的MEMS突出梳齿扇形驱动结构,施加140 V电压,可以实现绕虚轴点双侧旋转3°。相比于已有绕虚轴点旋转的MEMS驱动结构,MEMS突出梳齿扇环驱动可以绕外侧虚轴点旋转且有效减小了驱动电压。（3）为了获得更大的旋转角度,我们首次将拉链梳齿结构应用于绕虚轴点旋转的MEMS对称结构中,缩短内侧梳齿长度。由此设计的应用于无跳模、窄线宽外腔可调谐激光器的MEMS拉链梳齿对称驱动结构,施加262 V电压,可以实现3.7°的绕虚轴点双侧旋转角度。相比于已有绕虚轴点旋转的MEMS驱动结构最大旋转角度为3°,MEMS拉链梳齿对称驱动进一步提升了旋转角度至3.7°。
裴丽娜[8]（2019）在《基于可调谐垂直腔面发射激光器的微机电系统调谐特性研究》文中研究指明垂直腔面发射激光器（VCSEL）是由日本东京工业大学的Iga、Soda等教授于1977年初次提出。其出光方向与衬底垂直,具有可在片测试、阈值电流低、易于集成、发散角小、调制速率高等优点。VCSEL当前主要的研究方向有:波长集成、波长扩展、波长调谐、大规模二维阵列、控制模式等。波长连续可调谐VCSEL因其调谐范围较大,光谱纯度较高在光通信网络、计算机光互连、气体探测、原子钟等领域中有广泛的应用前景。本论文围绕可调谐VCSEL微机电系统（MEMS）调谐特性开展研究,探索提高器件可靠性、结构的优化设计的设计思路,并在此基础上进行了器件工艺制备和器件特性分析。以下为本论文主要研究内容:1.针对等截面MEMS悬臂梁结构端部受力集中易导致结构疲劳断裂的问题,设计了一种低应力蝴蝶结状MEMS悬臂梁结构。该结构在固定端采用等腰梯形设计,可有效改善悬臂梁结构固定端受力分布,降低端部米塞斯应力。GaAs基材料固定端的最大米塞斯应力相比于等截面状结构降低了37%64%;InP基材料固定端的最大米塞斯应力相比于等截面状结构降低了33%50%。实现了可调波长范围覆盖自由光谱范围的具有更低应力、更高可靠性的MEMS悬臂梁结构。2.采用多物理场耦合分析软件,突破原有的静电致动方式的束缚,研究了热电致动和压电致动两种方式实现悬臂梁偏转的方法,探索提高器件调谐特性的可行性。热电致动方式可以同时实现连续波长调谐和小的波长热漂移;压电致动方式可以消除由静电致动拉入效应引起的灾难性损坏,提供了潜在的可调谐方案。3.低应力MEMS制备和器件特性分析。MEMS制备悬臂梁采用了蝴蝶结状,使用设计的掩膜板进行了双面对准套刻工艺。对GaAS背孔深刻蚀工艺研究了不同刻蚀条件对刻蚀速率、刻蚀形貌、刻蚀选择比的影响。通过优化气压、功率、Cl2/BCl3/Ar混合气体组成配比得出了最佳刻蚀条件,得到理想的刻蚀深度和侧壁形貌,最大刻蚀速率达到6.5μm/min。ICP干法刻蚀过程中采取二氧化硅和光刻胶双层掩膜,保护了表面完整性。制备器件后,调谐偏压从0V-3V,器件的波长从865.5nm蓝移到854.2nm,调谐范围为11.3nm。
梁林俊[9]（2018）在《新型结构的波长可调谐激光器及其运用的研究》文中研究说明连续波波长可调谐激光器（以下简称“可调谐激光器”）在光通信波分复用系统、灵活光交换网络、激光传感等领域都有着重要运用和广阔前景。当今,这些运用场景的新发展对具有更高性能且更低成本的可调谐激光器有强烈的需求。对此,本文分别针对采用硅基异质集成工艺制造的微环谐振腔外腔激光器和采用光纤工艺制造的基于多模干涉滤波结构的激光器的结构优化、参量设计及其运用,进行了一系列理论及实验研究。该工作提升了这两类可调谐激光器的部分关键性能指标,并且研究了新型激光器在实际运用中的效果。本文成果概括如下:1、提出并建立了基于微环谐振腔外腔结构的可调谐激光器的传输线分析模型,并用于进行此类激光器的结构优化和设计参数选择,该模拟模型与器件的实验效果基本相符。首先,系统性地梳理和归纳了半导体激光器相位噪声理论以及降低线宽的方法,深入研究了低损耗的硅基微环谐振腔运用于半导体激光器外腔时有利于的降低激光器线宽的原理机制和可调谐激光器设计要点;其次,建立并实验验证了此类激光器的传输线模型,利用该模型可以推算激光器的主要工作特性,方便进行激光器结构优化和设计参数选择。2、通过理论和实验深入对比分析了不同微环谐振腔外腔结构激光器设计方案的性能特征,并提出了选用方法推荐;分别研究优化了采用“非平衡马赫曾德尔干涉”的辅助结构和“并联三微环”结构的外腔设计的激光器设计,实现了激光的边摸抑制比的提高和激光线宽特性的提升。首先,理论上对比研究了基于“上下话路”和“耦合环”结构的几种微环谐振腔外腔激光器;随后,对完成制造的激光器进行了深入详尽的实验研究和数据分析,实验中令这几种不同结构的激光器可实现在光通信用C+L波段范围内波长调谐范围在20nm量级到40nm量级之间,3dB线宽在150kHzd到280kHz范围之间,激光边模抑制比在40dB以上。最后,总结归纳出这几种不同结构设计激光器的性能特征的差异、优缺点和适用范围。为进一步提升微环谐振腔外腔激光器性能的研究积累了设计和实验经验。3、研究了微环谐振腔外腔结构的激光器运用于高频微波发生器和微波跟踪发生器芯片时实现波长连续调谐的办法;实验实现了这两种微波发生芯片的演示效果,完成其性能分析。其中,微波跟踪发生器可同时产生两路频率间隔为特定值的微波,该两路微波的频率间隔设定值可以在0.01GHz到近10GHz范围内进行任意设置。最后,根据对实验效果进行分析,提出了完善微波发生器集成芯片性能的办法和建议。4、提出并实验制造了一种可用于传感的,基于锥型无芯光纤多模干涉结构的全光纤可调谐激光器,并应用于折射率和温度测量实验。该工作包括:采用对无芯光纤拉锥处理的办法,提升了由单模-无芯-单模光纤组成的多模干涉滤波结构的传输光谱特性对环境的敏感度,通过理论设计和实验研究使得多模干涉结构适用于作为掺铒光纤波长可调谐激光器的滤波器;随后,把该可调谐激光器运用于全光纤结构的环境传感系统中,该激光输出可以在工作范围内具有40dB以上的边模抑制比,该传感系统折射率测量敏感度为164.75nm/RIU,温度测量敏感度为10.4pm/℃。
李学飞[10]（2018）在《线性可调谐窄线宽激光源关键技术及应用研究》文中研究指明密集波分复用（Dense wavelength division multiplexing,DWDM）光纤通信系统的大规模应用使得业界对可调谐激光器的需求逐渐增加。这里的“可调”是指激光器能够单模工作,且激射波长/频率可以通过外部控制在一定范围内进行调节。近年来,在光网络组网层面,发展具有动态、可重构功能的光网络渐渐成为主流;在光传输层面,相干检测（Coherent detection）技术的兴起更是使得光通信网络在传输速率、传输容量和传输距离等方面一次又一次地刷新着纪录。伴随着这个趋势,窄线宽可调谐激光器的作用在光纤通信领域日益凸显。在光纤传感领域,窄线宽可调谐激光器同样有着广泛的应用。因此,随着相干检测技术在光纤通信以及光纤传感领域内的大规模应用,市场对可调谐激光器特别是窄线宽可调谐激光器的需求急剧增长,相关研究也进行地如火如荼。本课题研究的目的在于一种线性窄线宽可调谐激光器的关键技术研究与应用。主要研究工作及成果如下:1.分析了窄线宽可调谐激光器的实现原理及关键技术,对比了不同实现方案的可调谐激光器进行了对比。2.针对光纤光栅型可调谐激光器和衍射光栅型可调谐激光器分别进行了建模仿真,并对影响激光器线宽、输出功率和与阈值增益等性能的参数进行了分析。3.对窄线宽可调谐激光器在OFDR系统中应用进行了原理分析和实验研究。搭建了基于OFDR系统的分布式传感系统,并编写了该系统的激光器控制软件和数据采集软件,最后对软件部分和整个试验系统进行了测试。
二、External-Cavity Tunable Laser Using MEMS Technology（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、External-Cavity Tunable Laser Using MEMS Technology（论文提纲范文）
（1）宽调谐偏振稳定半导体激光技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 可调谐半导体激光器概述 |
| 1.1.1 可调谐垂直腔面发射激光器 |
| 1.1.2 可调谐DFB激光器 |
| 1.1.3 可调谐DBR激光器 |
| 1.1.4 可调谐外腔激光器 |
| 1.1.5 V型腔可调谐激光器 |
| 1.2 可调谐VCSEL发展及现状 |
| 1.2.1 850nm波段 |
| 1.2.2 1000nm波段 |
| 1.2.3 1300nm波段 |
| 1.2.4 1500nm波段 |
| 1.3 宽调谐、偏振稳定可调谐VCSEL的研究背景及意义 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第二章 可调谐VCSEL的基本理论与设计 |
| 2.1 VCSEL的结构及其原理 |
| 2.1.1 VCSEL结构 |
| 2.1.2 VCSEL及其波长调谐原理 |
| 2.2 DBR反射镜设计 |
| 2.2.1 DBR工作原理 |
| 2.2.2 传输矩阵法求解DBR反射率 |
| 2.2.3 DBR反射带宽和穿透深度 |
| 2.3 VCSEL谐振腔 |
| 2.3.1 F-P腔标准具方程 |
| 2.3.2 往返程增益和激射阈值条件 |
| 2.3.3 光限制因子 |
| 2.4 光增益 |
| 2.5 模式特性 |
| 2.5.1 纵模特性 |
| 2.5.2 横模特性 |
| 2.6 偏振特性 |
| 2.7 输出特性 |
| 2.7.1 阈值电流密度 |
| 2.7.2 器件效率 |
| 2.7.3 输出功率 |
| 2.8 本章小节 |
| 第三章 基于MEMS技术的可调谐VCSEL研究 |
| 3.1 具有内腔亚波长光栅结构的可调谐VCSEL特性研究 |
| 3.1.1 内腔亚波长光栅可调谐VCSEL结构及工作原理 |
| 3.1.2 亚波长光栅分析理论 |
| 3.1.3 亚波长光栅结构设计 |
| 3.1.4 内腔亚波长光栅可调谐VCSEL特性分析 |
| 3.2 具有波状顶部反射镜结构的可调谐VCSEL特性研究 |
| 3.2.1 波状反射镜可调谐VCSEL结构及工作原理 |
| 3.2.2 波状反射镜分析理论 |
| 3.2.3 波状反射镜结构及优化设计 |
| 3.2.4 波状反射镜可调谐VCSEL特性分析 |
| 3.3 低应力MEMS悬臂结构优化设计 |
| 3.3.1 MEMS悬臂结构建模 |
| 3.3.2 “蝴蝶结”型MEMS悬臂设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于内腔液晶可调谐VCSEL研究 |
| 4.1 液晶特性 |
| 4.1.1 液晶及其种类 |
| 4.1.2 液晶的双折射特性 |
| 4.1.3 液晶分子取向 |
| 4.2 内腔液晶可调谐VCSEL结构及原理 |
| 4.3 内腔液晶可调谐VCSEL特性分析 |
| 4.3.1 波长调谐特性 |
| 4.3.2 偏振特性 |
| 4.4 液晶的电控双折射特性研究 |
| 4.4.1 液晶的电控特性 |
| 4.4.2 液晶电控双折射特性测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 内腔亚波长光栅可调谐VCSEL制备及测试 |
| 5.1 器件制备工艺研究 |
| 5.1.1 工艺流程 |
| 5.1.2 关键工艺研究 |
| 5.2 器件测试与分析 |
| 5.2.1 材料测试 |
| 5.2.2 输出特性 |
| 5.2.3 波长调谐特性 |
| 5.3 本章小节 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间的学术成果 |
| 致谢 |
（2）基于重构等效啁啾技术的可调谐激光器设计及线宽压窄技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 可调谐半导体激光器分类和研究现状 |
| 1.2.1 可调谐外腔半导体激光器 |
| 1.2.2 基于Vernier效应的可调谐半导体激光器 |
| 1.2.3 基于集成多波长阵列的可调谐半导体激光器 |
| 1.3 窄线宽可调谐激光器概述 |
| 参考文献 |
| 第二章 重构等效啁啾技术 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 重构等效啁啾技术原理 |
| 2.3 REC技术制作采样光栅过程 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于REC技术的HR–AR镀膜DFB激光器及阵列 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 两段式HR-AR镀膜DFB激光器中相位补偿的理论分析 |
| 3.2.1 耦合模理论 |
| 3.2.2 传输矩阵法 |
| 3.2.3 相位补偿仿真分析 |
| 3.3 两段式HR-AR镀膜DFB激光器的制作与实验结果 |
| 3.4 两段式HR-AR涂层的可调谐DFB激光器阵列实验结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 可调谐DFB激光器线宽压窄技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 半导体激光器线宽压窄理论 |
| 4.2.1 线宽简介 |
| 4.2.2 外腔反馈DFB激光器线宽压缩理论 |
| 4.3 半导体激光器线宽测量方法 |
| 4.4 实验结果与讨论 |
| 4.4.1 可调谐激光器结构及测试结果 |
| 4.4.2 自光注入反馈实验结果与讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 硕士期间学术成果 |
| 致谢 |
（3）基于液晶微腔的垂直腔面发射激光器特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 可调谐VCSEL的研究背景及意义 |
| 1.1.1 可调谐VCSEL的背景及意义 |
| 1.1.2 液晶可调谐VCSEL的背景及意义 |
| 1.2 液晶可调谐VCSEL的国内外现状 |
| 1.2.1 外腔液晶可调谐VCSEL |
| 1.2.2 内腔液晶可调谐VCSEL |
| 1.3 可调谐VCSEL的应用 |
| 1.4 主要内容与章节安排 |
| 第2章 液晶可调谐VCSEL的基本原理 |
| 2.1 液晶的性质 |
| 2.1.1 液晶特点及种类 |
| 2.1.2 液晶指向矢排布 |
| 2.1.3 电场作用下的Freedericks转变 |
| 2.2 高对比光栅 |
| 2.2.1 高对比光栅理论公式 |
| 2.2.2 严格耦合波法分析高对比光栅 |
| 2.2.3 时域有限差分法分析高对比光栅 |
| 2.3 VCSEL光学谐振腔 |
| 2.3.1 分布式布拉格反射镜的工作原理 |
| 2.3.2 应变量子阱增益谱计算 |
| 2.3.3 激射条件 |
| 2.3.4 VCSEL增益条件 |
| 2.4 模拟软件使用介绍 |
| 2.4.1 Rsoft软件介绍 |
| 2.4.2 PICS3D软件介绍 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 内腔液晶可调谐VCSEL结构设计 |
| 3.1 液晶微腔结构设计 |
| 3.1.1 高对比光栅结构设计 |
| 3.1.2 不同偏振模式下的高对比光栅 |
| 3.2 基于半结构的VCSEL结构设计 |
| 3.2.1 DBR设计 |
| 3.2.2 量子阱设计 |
| 3.3 内腔液晶可调谐VCSEL结构设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 液晶可调谐VCSEL特性分析 |
| 4.1 液晶波长可调谐VCSEL调谐特性 |
| 4.1.1 液晶调谐原理 |
| 4.1.2 液晶谐振腔层厚度设计 |
| 4.1.3 可调谐范围设计 |
| 4.2 液晶波长可调谐VCSEL偏振特性研究 |
| 4.2.1 TE、TM光增益阈值计算 |
| 4.2.2 液晶盒偏振实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（4）基于DFB激光器阵列的快速可调谐激光器的设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 快速可调谐激光器的研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 可调谐半导体激光器的发展现状 |
| 1.2.2 可调谐激光器产品的最新进展 |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 快速可调谐激光器的设计原理 |
| 2.1 重构等效啁啾技术的原理与优势 |
| 2.2 基于REC技术的串并联DFB激光器阵列 |
| 2.3 快速可调谐激光器的稳定控制 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 八通道快速可调谐激光器设计与测试 |
| 3.1 快速可调谐激光器参数指标 |
| 3.2 系统总体设计方案 |
| 3.3 控制模块设计 |
| 3.3.1 控制模块硬件设计 |
| 3.3.2 控制模块软件设计 |
| 3.4 稳流模块设计 |
| 3.5 开关模块设计 |
| 3.6 温控模块设计 |
| 3.7 电源模块设计 |
| 3.8 模块PCB设计 |
| 3.9 八通道快速可调谐激光器测试 |
| 3.9.1 芯片结构 |
| 3.9.2 测试系统与测试方法 |
| 3.9.3 系统稳定性测试 |
| 3.9.4 激光器出光性能测试 |
| 3.9.5 波长切换速度测量 |
| 3.10 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 十六通道快速可调谐激光器设计与测试 |
| 4.1 系统总体设计方案 |
| 4.2 稳流模块设计 |
| 4.2.1 高速DAC电路 |
| 4.2.2 I-V转换电路 |
| 4.2.3 稳流电路 |
| 4.3 开关切换模块设计 |
| 4.4 模块PCB设计 |
| 4.5 十六通道快速可调谐激光器测试 |
| 4.5.1 芯片结构 |
| 4.5.2 测试系统 |
| 4.5.3 激光器出光性能测试 |
| 4.5.4 波长切换速度测量 |
| 4.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 攻读硕士期间学术成果 |
| 致谢 |
（5）外腔激光器无跳模调谐性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超高分辨率光谱分析系统对可调谐光源的需求分析 |
| 1.3 外腔可调谐激光器的研究现状 |
| 1.4 本论文主要研究内容和结构安排 |
| 2 外腔可调谐激光器理论模型 |
| 2.1 速率方程组 |
| 2.2 Schawlow-Townes线宽模型及线宽测量方法 |
| 2.3 无跳模调谐特性模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 Littman型外腔可调谐激光器性能仿真与结构优化 |
| 3.1 P-I性能仿真分析 |
| 3.2 线宽性能及线宽测量方法仿真分析 |
| 3.3 无跳模调谐性能仿真分析 |
| 3.4 大范围无跳模调谐Littman型外腔激光器结构优化 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 Littman型外腔可调谐激光器实验研究 |
| 4.1 实验装置 |
| 4.2 P-I性能实验研究 |
| 4.3 线宽性能及线宽测量方法实验研究 |
| 4.4 无跳模调谐性能实验研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间相关成果 |
（6）Littrow结构近红外外腔半导体激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 可调谐外腔半导体激光器研究意义及背景 |
| 1.2 可调谐半导体激光器分类及应用 |
| 1.2.1 DFB型和DBR型可调谐激光器 |
| 1.2.2 可调谐垂直腔表面发射激光器 |
| 1.2.3 可调谐外腔半导体激光器 |
| 1.2.4 可调谐半导体激光器对比分析 |
| 1.2.5 可调谐外腔半导体激光器的主要应用 |
| 1.3 外腔半导体激光器的研究进展 |
| 1.3.1 量子阱结构外腔半导体激光器的研究进展 |
| 1.3.2 量子点结构外腔半导体激光器的研究进展 |
| 1.4 本论文的研究目的与研究工作 |
| 第2章 可调谐外腔半导体激光器基本原理 |
| 2.1 外腔半导体激光器的线宽 |
| 2.2 外腔半导体激光器的阈值电流 |
| 2.3 腔面镀AR膜对外腔半导体激光器性能的影响 |
| 2.3.1 对P-I曲线的影响 |
| 2.3.2 对可调谐范围的影响 |
| 2.4 转动轴位置对外腔半导体激光器的影响 |
| 2.4.1 Littrow结构外腔半导体激光器 |
| 2.4.2 Littman结构外腔半导体激光器 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 半导体增益芯片的MOCVD外延制备及结构表征方法 |
| 3.1 MOCVD(AIXTRON200-4)外延系统介绍 |
| 3.2 外延片的表征技术 |
| 3.2.1 扫描电子显微镜(SEM) |
| 3.2.2 光致发光(PL)测试 |
| 3.2.3 X射线衍射(XRD) |
| 3.3 双尺寸分布InGaAs/GaAs量子点外延结构的生长工艺 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Littrow结构双尺寸量子点外腔半导体激光器 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 量子点增益芯片的结构及测试结果分析 |
| 4.3 量子点外腔半导体激光器及其测试结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 Littrow结构量子阱外腔半导体激光器 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 外腔半导体激光器的结构与原理 |
| 5.3 强、弱光反馈对外腔半导体激光器特性的影响 |
| 5.4 光栅刻线密度对外腔半导体激光器的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 英文缩略词列表 |
| 表I 专业术语的英文缩略词列表 |
| 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）应用于外腔可调谐半导体激光器的MEMS静电驱动设计与仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 可调谐半导体激光器技术与MEMS技术研究背景与意义 |
| 1.1.1 可调谐半导体激光器研究背景与意义 |
| 1.1.2 MEMS研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容与结构安排 |
| 第二章 MEMS驱动器研究背景以及理论 |
| 2.1 MEMS驱动器介绍 |
| 2.2 MEMS驱动机制介绍与分析 |
| 2.3 MEMS静电驱动理论分析 |
| 2.4 MEMS悬臂梁理论分析 |
| 2.5 适用于外腔可调谐激光器的MEMS静电驱动特点 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 单梳旋转静电梳齿结构及其参数分析 |
| 3.1 梳齿静电驱动器介绍 |
| 3.2 单梳旋转静电梳齿结构 |
| 3.2.1 单梳旋转静电梳齿结构原理 |
| 3.2.2 单梳旋转静电梳齿结构建模 |
| 3.2.3 单梳旋转静电梳齿结构仿真 |
| 3.3 单梳旋转静电梳齿结构参数分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 突出梳齿应用于绕虚轴旋转的MEMS静电驱动结构 |
| 4.1 单梳旋转突出梳齿结构 |
| 4.1.1 单梳旋转突出梳齿原理 |
| 4.1.2 单梳旋转突出梳齿仿真 |
| 4.2 单梳旋转突出梳齿参数分析 |
| 4.3 MEMS对称驱动结构原理 |
| 4.4 MEMS突出梳齿对称驱动结构 |
| 4.4.1 MEMS突出梳齿对称驱动结构仿真 |
| 4.4.2 MEMS突出梳齿对称驱动结构对比分析 |
| 4.5 MEMS扇环驱动结构原理 |
| 4.6 MEMS突出梳齿扇环驱动结构 |
| 4.6.1 MEMS突出梳齿扇环驱动结构仿真 |
| 4.6.2 MEMS突出梳齿扇环驱动结构对比分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 拉链梳齿应用于绕虚轴旋转的MEMS静电驱动结构 |
| 5.1 单梳旋转拉链梳齿结构 |
| 5.1.1 单梳旋转拉链梳齿原理 |
| 5.1.2 单梳旋转拉链梳齿仿真 |
| 5.2 单梳旋转拉链梳齿参数分析 |
| 5.3 MEMS拉链梳齿对称驱动结构 |
| 5.3.1 MEMS拉链梳齿对称驱动结构仿真 |
| 5.3.2 MEMS拉链梳齿对称驱动结构对比分析 |
| 5.4 MEMS拉链梳齿扇环驱动结构 |
| 5.4.1 MEMS拉链梳齿扇环驱动结构仿真 |
| 5.4.2 MEMS拉链梳齿扇环驱动结构对比分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结与创新点 |
| 6.2 本文不足之处与下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的学术成果 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（8）基于可调谐垂直腔面发射激光器的微机电系统调谐特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 可调谐半导体激光器的概述 |
| 1.1.1 可调谐外腔激光器 |
| 1.1.2 可调谐分布反馈激光器 |
| 1.1.3 可调谐分布式布喇格反射激光器 |
| 1.1.4 可调谐垂直腔面发射激光器 |
| 1.2 可调谐VCSEL分类 |
| 1.3 微机电系统可调谐VCSEL的发展和现状 |
| 1.4 MEMS悬臂梁的应用 |
| 1.5 本论文的研究工作 |
| 第2章 可调谐理论分析和MEMS机械特性模拟 |
| 2.1 VCSEL的工作原理 |
| 2.2 可调谐VCSEL的结构及波长调谐原理 |
| 2.2.1 可调谐VCSEL的结构 |
| 2.2.2 可调谐VCSEL的波长调谐原理 |
| 2.3 可调谐VCSEL的MEMS悬臂梁机械特性模拟 |
| 2.3.1 MEMS悬臂梁模型及空气腔设计 |
| 2.3.2 MEMS悬臂梁的机械特性模拟 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 MEMS设计对可调谐VCSEL的调谐特性影响 |
| 3.1 低应力MEMS可调谐VCSEL的调谐特性分析 |
| 3.1.1 GaAs基低应力MEMS模型 |
| 3.1.2 InP基低应力MEMS模型 |
| 3.2 热电致动MEMS可调谐VCSEL的调谐特性分析 |
| 3.2.1 双晶片MEMS无热化可调谐VCSEL的设计 |
| 3.2.2 双晶片MEMS的机械特性模拟 |
| 3.3 压电致动MEMS可调谐VCSEL的调谐特性分析 |
| 3.3.1 单片集成压电MEMS可调谐VCSEL的设计 |
| 3.3.2 单片集成压电MEMS的机械特性模拟 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 MEMS关键工艺及器件测试分析 |
| 4.1 GaAs深刻蚀工艺 |
| 4.1.1 GaAs深刻蚀理论简介及刻蚀模型分析 |
| 4.1.2 ICP深刻蚀GaAs衬底工艺 |
| 4.2 低应力MEMS的工艺制备 |
| 4.3 MEMS可调谐VCSEL的工艺制备 |
| 4.4 器件测试与分析 |
| 4.4.1 MEMS可调谐VCSEL的器件测试原理 |
| 4.4.2 MEMS可调谐VCSEL的测试与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（9）新型结构的波长可调谐激光器及其运用的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 新时代对光通信网发展的突出需求 |
| 1.1.2 全光网建设新热潮和攻关工作 |
| 1.1.3 光电子器件亟待新突破 |
| 1.1.4 波长可调谐激光器热度持续 |
| 1.2 半导体和全光纤波长可调谐激光器研究新进展 |
| 1.2.1 外腔式半导体可调谐激光器 |
| 1.2.2 垂直腔面发射半导体可调谐激光器 |
| 1.2.3 集成型半导体可调谐激光器 |
| 1.2.4 可调谐光纤激光器 |
| 1.3 基于硅基异质集成的半导体可调谐激光器的研究现状 |
| 1.3.1 硅基异质集成技术平台 |
| 1.3.2 该平台上的可调谐激光器特征和研究现状 |
| 1.4 全光纤结构的波长可调谐激光器在光传感上运用研究现状 |
| 1.5 本论文内容安排与主要成果 |
| 1.5.1 撰写框架说明和内容安排 |
| 1.5.2 本论文取得的主要成果总结 |
| 2 可调谐激光器的几种滤波器的分析理论 |
| 2.1 微环谐振腔滤波器 |
| 2.1.1 微环谐振腔简介 |
| 2.1.2 微环谐振腔的基本分析方法 |
| 2.1.3 上下话路结构微环谐振腔 |
| 2.1.4 微环谐振腔的主要光谱特性描述 |
| 2.1.5 耦合环结构微环谐振腔 |
| 2.2 宽带可调谐半导体激光器的调节机制 |
| 2.2.1 游标效应简介 |
| 2.2.2 激光器单纵模激射条件 |
| 2.2.3 基于热光效应的波长调谐 |
| 2.3 多模干涉型滤波器 |
| 2.3.1 多模干涉效应分析理论 |
| 2.3.2 多模干涉结构的波长调谐特性 |
| 2.4 小结 |
| 3 窄线宽、波长可宽带调谐半导体激光器的优化设计 |
| 3.1 半导体激光器的相位噪声 |
| 3.1.1 激光器线宽理论研究的梳理 |
| 3.1.2 半导体激光器的线宽理论 |
| 3.2 降低半导体激光器线宽的方法 |
| 3.2.1 外腔半导体激光器 |
| 3.2.2 基于硅基异质集成平台的窄线宽外腔半导体激光器 |
| 3.3 基于微环谐振腔结构的可调谐激光器设计方法及其验证 |
| 3.3.1 基于微环谐振腔结构的外腔的基本特征 |
| 3.3.2 激光器的传输线分析模型 |
| 3.3.3 窄线宽微环谐振腔外腔可调谐激光器的设计方法总结 |
| 3.3.4 理论模型的实验验证、器件特性表征和优化设计 |
| 3.4 小结 |
| 4 几种微环谐振腔外腔激光器的设计、对比和实验 |
| 4.1 基于“上下话路”微环谐振腔的几种不同设计激光器对比研究 |
| 4.1.1 基本特性比较 |
| 4.1.2 滤波器稳定性比较 |
| 4.1.3 一个改进的结构设计 |
| 4.2 基于耦合环微环谐振腔外腔结构的激光器设计 |
| 4.2.1 单端耦合环结构激光器 |
| 4.2.2 双端耦合环结构激光器 |
| 4.3 几种不同结构的激光器的特性表征和对比讨论 |
| 4.3.1 器件制造与设计参数 |
| 4.3.2 Vernier Racetrack激光器实验结果 |
| 4.3.3 CRR 1X激光器实验结果 |
| 4.3.4 CRR 2X激光器实验结果 |
| 4.3.5 实验结果分析讨论 |
| 4.3.6 综合对比结论和启示 |
| 4.4 微环谐振腔外腔激光器的结构优化及其结果 |
| 4.4.1 基于非平衡马赫曾德尔干涉结构的微环谐振腔外腔激光器 |
| 4.4.2 基于“并联三微环”结构的微环谐振腔外腔激光器 |
| 4.5 本章激光器研究工作与同类研究工作的对比 |
| 4.6 小结 |
| 5 可调谐激光器在硅基异质集成的微波发生器中的运用 |
| 5.1 引言 |
| 5.1.1 研究背景 |
| 5.1.2 采用光外差拍频法产生微波的原理 |
| 5.1.3 基于硅基异质集成光路微波发生系统的组成 |
| 5.2 单片集成的微波生成系统 |
| 5.2.1 系统设计 |
| 5.2.2 微环谐振腔外腔激光器实现波长可连续调谐的设计讨论 |
| 5.2.3 实验结果 |
| 5.2.4 分析和讨论 |
| 5.3 单片集成的跟踪发生器系统 |
| 5.3.1 单片集成的跟踪发生器系统设计 |
| 5.3.2 实验结果 |
| 5.3.3 分析和讨论 |
| 5.4 小结 |
| 6 可调谐光纤激光器在传感中的运用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 锥型光纤多模干涉结构设计 |
| 6.3 锥型光纤多模干涉结构滤波器的制作 |
| 6.4 可调谐光纤激光器运用于折射率和温度测量 |
| 6.4.1 折射率传感实验 |
| 6.4.2 温度传感实验 |
| 6.4.3 结果分析和讨论 |
| 6.5 小结 |
| 7 总结与未来工作展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 下一步拟进行工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（10）线性可调谐窄线宽激光源关键技术及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景和意义 |
| 1.1.1 光纤通信系统的发展 |
| 1.1.2 相干检测技术的发展 |
| 1.2 可调谐激光器研究现状 |
| 1.2.1 DBR型可调谐激光器 |
| 1.2.2 DFB激光器阵列 |
| 1.2.3 外腔可调谐激光器 |
| 1.2.4 几种可调谐激光器技术的对比 |
| 1.3 论文主要工作及章节安排 |
| 第二章 线性可调谐窄线宽激光源理论研究 |
| 2.1 可调谐外腔半导体激光器概述 |
| 2.2 可调谐外腔半导体激光器的基本原理 |
| 2.2.1 半导体激光器基本原理 |
| 2.2.2 外腔半导体激光器 |
| 2.2.3 选模原件 |
| 2.2.4 选模理论 |
| 2.2.5 常见的调谐技术 |
| 2.3 可调谐外腔半导体激光器仿真及分析 |
| 2.3.1 光纤光栅半导体激光器的理论分析 |
| 2.3.2 衍射光栅外腔半导体激光器的仿真及分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 可调谐外腔半导体激光器在OFDR系统中的应用 |
| 3.1 基本原理及关键技术 |
| 3.1.1 OFDR基本原理 |
| 3.1.2 光外差探测原理 |
| 3.1.3 光源技术 |
| 3.2 实验光路图 |
| 3.3 实验器材 |
| 3.3.1 线性可调谐激光源 |
| 3.3.2 数据采集卡 |
| 3.3.3 其他实验器材 |
| 3.4 数据采集触发模式 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 OFDR系统光源控制与数据采集软件的研究与设计 |
| 4.1 光源控制与数据采集软件的需求分析 |
| 4.1.1 功能设计要求 |
| 4.2 光源控制与数据采集软件的概要设计 |
| 4.2.1 运行环境 |
| 4.2.2 软件开发语言概述 |
| 4.2.3 数据采集系统的基本组成 |
| 4.2.4 系统流程 |
| 4.3 系统详细设计 |
| 4.3.1 用户界面详细设计 |
| 4.3.2 用户操作界面实现 |
| 4.3.3 系统运行环境要求 |
| 4.4 软件测试 |
| 4.4.1 激光器控制软件测试 |
| 4.4.2 数据采集软件的性能测试 |
| 4.4.3 综合测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表论文和申请的专利 |
四、External-Cavity Tunable Laser Using MEMS Technology（论文参考文献）
- [1]宽调谐偏振稳定半导体激光技术研究[D]. 王小龙. 长春理工大学, 2021(01)
- [2]基于重构等效啁啾技术的可调谐激光器设计及线宽压窄技术研究[D]. 曾杰. 南京大学, 2020(09)
- [3]基于液晶微腔的垂直腔面发射激光器特性研究[D]. 郑舟. 长春理工大学, 2020(01)
- [4]基于DFB激光器阵列的快速可调谐激光器的设计与实现[D]. 林康龙. 南京大学, 2020(02)
- [5]外腔激光器无跳模调谐性能研究[D]. 王智辉. 华中科技大学, 2020
- [6]Littrow结构近红外外腔半导体激光器的研究[D]. 王延. 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), 2020(07)
- [7]应用于外腔可调谐半导体激光器的MEMS静电驱动设计与仿真[D]. 李文睿. 山东大学, 2019(09)
- [8]基于可调谐垂直腔面发射激光器的微机电系统调谐特性研究[D]. 裴丽娜. 长春理工大学, 2019(01)
- [9]新型结构的波长可调谐激光器及其运用的研究[D]. 梁林俊. 北京交通大学, 2018(01)
- [10]线性可调谐窄线宽激光源关键技术及应用研究[D]. 李学飞. 北京邮电大学, 2018(10)