《GaN基外腔可調諧半導體雷射器研究》是依託廈門大學，由呂雪芹擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：GaN基外腔可調諧半導體雷射器研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：呂雪芹
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
GaN基外腔可調諧半導體雷射器是在傳統邊發射雷射器基礎上發展起來的一種新型光電器件，具有線寬窄、波長可調、可鎖模實現超短脈衝雷射等優點，在高解析度光譜測試、氣體探測、生物醫學以及超快光電子學等領域都有重要的套用前景，目前已成為光電子器件領域新的關注焦點。然而，由於其發展時間較短，且存在技術套用領先於基礎研究的歷史情況，導致有關GaN基外腔雷射器許多關鍵科學問題的研究相對滯後，相關的研究工作還處於起步階段。為此，本項目提出研製GaN基光柵外腔可調諧半導體雷射器。在項目實施過程中，將重點針對GaN基外腔可調諧雷射器的模式理論、性能調控機理以及主動鎖模機制等關鍵科學問題進行深入研究。在此基礎上，通過最佳化器件結構，細緻分析器件性能，並結合研究手段的創新，本項目有望在GaN基外腔雷射器方面獲得突破，研製出寬頻可調諧GaN基外腔半導體雷射器，並進一步實現外腔主動鎖模超短脈衝雷射輸出。
結題摘要
本項目圍繞GaN基光柵外腔可調諧半導體雷射器的研製開展研究，通過對外腔雷射器的結構設計，研製出GaN基藍紫光（405nm）和藍光（450nm）光柵外腔可調諧雷射器，對其輸出性能參數進行了系統的評估，確立了器件的最佳結構，闡明了外腔雷射器性能參數的有效調控機理，在此研究基礎上組建了外腔主動鎖模雷射器實驗裝置，獲得了重複頻率可調的脈衝雷射輸出。在項目執行期間，本項目主要開展了以下研究： 1. GaN基光柵外腔可調諧半導體雷射器的閾值特性分析和結構設計。通過建立增益損耗平衡方程，模擬了閾值電流隨激射波長的變化關係曲線；設計了Littrow型光柵外腔結構，通過計算確定了準直透鏡和衍射光柵的參數。 2. GaN基藍紫光外腔雷射器的性能研究。以405nm藍紫光邊發射雷射二極體作為增益器件，組建了光柵外腔雷射系統，對其輸出功率、閾值電流、激射光譜、自發輻射抑制比、調諧頻寬等性能進行了詳細研究，分析了內外腔之間存在的激射競爭現象，當注入電流在內腔激射閾值附近時可獲得穩定的外腔輸出，實現了4.47nm（403.82-408.29nm）的波長調諧範圍。 3. 大功率GaN基藍光外腔雷射器性能研究。以商用大功率450nm藍光邊發射雷射二極體作為增益器件，組建了光柵外腔雷射系統，確立了增益器件與衍射光柵的最佳相對放置構型；當衍射光柵刻線與增益器件pn結平面平行時，獲得了較好的性能：1100mA注入電流下，光譜線寬由1nm壓窄至0.1nm，自發輻射抑制比優於35dB，調諧範圍可達3.6nm（443.9-447.5nm），單波長輸出功率1.24W，中心波長處的外腔耦合效率達80%。 4. 光柵參數對大功率GaN基藍光外腔雷射器的性能影響研究。採用具有不同一級和零級衍射效率的光柵組建了外腔雷射系統，分析了光柵參數對輸出性能的影響，研究表明，光柵較高的零級衍射效率有利於提高單波長輸出功率，而較高的一級衍射效率有利於擴展調諧頻寬，在450nm波段獲得了最高達8.3nm的波長調諧。 5. 主動鎖模光柵外腔半導體雷射器性能研究。通過在半導體增益器件上同時施加直流偏置電流和射頻調製電流，依靠射頻正弦調製信號形成增益開關調製，獲得了重複頻率可調的脈衝雷射輸出。
