【摘要】：垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是由日本東京工業(yè)大學(xué)的Iga、Soda等教授于1977年初次提出。其出光方向與襯底垂直,具有可在片測(cè)試、閾值電流低、易于集成、發(fā)散角小、調(diào)制速率高等優(yōu)點(diǎn)。VCSEL當(dāng)前主要的研究方向有:波長集成、波長擴(kuò)展、波長調(diào)諧、大規(guī)模二維陣列、控制模式等。波長連續(xù)可調(diào)諧VCSEL因其調(diào)諧范圍較大,光譜純度較高在光通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)光互連、氣體探測(cè)、原子鐘等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。本論文圍繞可調(diào)諧VCSEL微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)調(diào)諧特性開展研究,探索提高器件可靠性、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了器件工藝制備和器件特性分析。以下為本論文主要研究內(nèi)容:1.針對(duì)等截面MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)端部受力集中易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞斷裂的問題,設(shè)計(jì)了一種低應(yīng)力蝴蝶結(jié)狀MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在固定端采用等腰梯形設(shè)計(jì),可有效改善懸臂梁結(jié)構(gòu)固定端受力分布,降低端部米塞斯應(yīng)力。GaAs基材料固定端的最大米塞斯應(yīng)力相比于等截面狀結(jié)構(gòu)降低了37%~64%;InP基材料固定端的最大米塞斯應(yīng)力相比于等截面狀結(jié)構(gòu)降低了33%~50%。實(shí)現(xiàn)了可調(diào)波長范圍覆蓋自由光譜范圍的具有更低應(yīng)力、更高可靠性的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)。2.采用多物理場(chǎng)耦合分析軟件,突破原有的靜電致動(dòng)方式的束縛,研究了熱電致動(dòng)和壓電致動(dòng)兩種方式實(shí)現(xiàn)懸臂梁偏轉(zhuǎn)的方法,探索提高器件調(diào)諧特性的可行性。熱電致動(dòng)方式可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)連續(xù)波長調(diào)諧和小的波長熱漂移;壓電致動(dòng)方式可以消除由靜電致動(dòng)拉入效應(yīng)引起的災(zāi)難性損壞,提供了潛在的可調(diào)諧方案。3.低應(yīng)力MEMS制備和器件特性分析。MEMS制備懸臂梁采用了蝴蝶結(jié)狀,使用設(shè)計(jì)的掩膜板進(jìn)行了雙面對(duì)準(zhǔn)套刻工藝。對(duì)GaAS背孔深刻蝕工藝研究了不同刻蝕條件對(duì)刻蝕速率、刻蝕形貌、刻蝕選擇比的影響。通過優(yōu)化氣壓、功率、Cl_2/BCl_3/Ar混合氣體組成配比得出了最佳刻蝕條件,得到理想的刻蝕深度和側(cè)壁形貌,最大刻蝕速率達(dá)到6.5μm/min。ICP干法刻蝕過程中采取二氧化硅和光刻膠雙層掩膜,保護(hù)了表面完整性。制備器件后,調(diào)諧偏壓從0V-3V,器件的波長從865.5nm藍(lán)移到854.2nm,調(diào)諧范圍為11.3nm。
【圖文】：

腔激光器 1980 年初次在半導(dǎo)體激光器上采取外腔反饋技術(shù)，，調(diào)諧的輸出波長[5]。原理是通過外腔把一些輸出光束增益區(qū)多次振蕩，大幅度壓窄譜線寬度，增大調(diào)諧范L 中通常使用光柵供應(yīng)外部反饋。依據(jù)不同的光柵結(jié)構(gòu)。圖 1.1 是Littman結(jié)構(gòu)的諧振腔[7]。激光二極管光經(jīng)過透鏡準(zhǔn)直到一固定反射型衍射光柵表面，利用，使不同波長的 1 級(jí)衍射光線按原路反饋回有源區(qū)，作為 0 級(jí)衍射光（即反射光）輸出。外腔鏡可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)連續(xù)波長調(diào)諧[3]。

圖 1.2 DFB-LD 基本組成結(jié)構(gòu) 的光柵是完全對(duì)稱的，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)主模同時(shí)振蕩的現(xiàn)象。為了主模上，并使各個(gè)振蕩模式間閾值增益差變大，可以采用如下方一個(gè) λ 4相移；2）在有源區(qū)靠近腔面?zhèn)刃^(qū)域內(nèi)形成無 DFB 的之一增透或者增反，形成非對(duì)稱的腔面反射率。若是將 DFB-L調(diào)諧范圍，圖 1.3 為平面結(jié)構(gòu)示意圖。形成陣列后大幅度提升了單個(gè) DFB-LD 的波長穩(wěn)定特性和優(yōu)良光譜特性，并且控制相對(duì)然基于溫度可調(diào)，調(diào)諧速率不高。圖 1.3 DFB 陣列激光器平面結(jié)構(gòu)示意圖
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2631540