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MEMS可调谐垂直腔半导体光放大器的调谐特性研究

作　者: 王欣
导　师: 罗斌
学　校: 西南交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 垂直腔半导体光放大器 MEMS 传输矩阵可调谐
分类号: TN722
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 88次
引　用: 1次
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内容摘要

随着垂直腔半导体面发射激光器(VCSEL)技术及其制造工艺的日益成熟，垂直腔半导体光放大器(VCSOA)也受到了人们的广泛关注。研究表明，VCSOA克服了传统边发射半导体光放大器(SOA)对光纤耦合效率低和对偏振较敏感等缺点，并且具有低噪声、低制造成本等优点，其在光调制、光开关、光检测以及波长转换等方面有着潜在的应用前景。受限于F-P腔结构，VCSOA的增益带宽通常较窄。因此出现了可调谐的VCSOA，可以通过改变器件的光腔折射率、腔长等因素来调谐器件的谐振波长。基于温度调谐的长波长VCSOA已有研究，但更有吸引力的方法是微电子机械调谐法(MEMS)。与通过折射率调制方法来进行调谐相比，通过机械改变有效腔长可以得到更宽的调谐范围。不同于耦合腔的方法，本文提出了利用传输矩阵法研究MEMS可调谐VCSOA(MT-VCSOA)的调谐特性，主要基于器件的特点，将其等效为由不同材料构成的膜堆。首先，采用与分析分布布拉格反射堆(DBR)膜层类似的研究方法，对有源区内量子阱、势垒和基层，DBR膜层和空腔分别建立特征矩阵，并将它们按构成器件的顺序依次相乘，得到整个MT-VCSOA的传输矩阵。在反射模式下，结合其基底折射率，计算出MT-VCSOA的增益特性。该方法的优点是：避免了有效腔长及增益增强因子ζ的计算，结果直接与器件的结构相对应。利用得到的传输矩阵，分别模拟计算了耦合腔结构(SCC)和外延腔结构(EC)MT-VCSOA调谐特性曲线，所得结果同文献相一致，证明了该方法的可行性。接着，得出了注入载流子浓度及DBR膜层周期数的变化对极值增益及调谐范围的影响。仿真分析了有源区量子阱堆位置改变对调谐特性及带宽的影响。对空腔长度的变化对谐振波长的影响进行了分析。将SCC结构及EC结构的调谐范围及极值增益作了对比。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 VCSOA的起源及发展  9-11
  1.2 MEMS的基本概念与发展历史  11-13
  1.3 MEMS可调谐VCSOA的结构及特点  13-15
  1.4 本文研究工作  15-17
第2章理论基础与模型  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 薄膜光学理论  17-20
    2.2.1 特征矩阵  17-19
    2.2.2 多层介质高反射膜  19
    2.2.3 单层增透膜  19-20
  2.3 MT-VCSOA传输矩阵模型  20-24
  2.4 小结  24-25
第3章 SCC结构MT-VCSOA的调谐特性分析  25-37
  3.1 引言  25-26
  3.2 模型主要参数  26-28
  3.3 SCC结构MT-VCSOA的调谐特性  28-35
    3.3.1 不同空腔长度时增益与波长的关系  28-29
    3.3.2 载流子浓度及顶层DBR周期数对极值增益及带宽的影响  29-32
    3.3.3 谐振波长与空腔长度的关系  32-34
    3.3.4 量子阱堆位置对MT-VCSOA调谐特性的影响  34-35
  3.4 小结  35-37
第4章 EC结构MT-VCSOA的调谐特性分析  37-45
  4.1 引言  37-38
  4.2 数值模拟及参数  38-40
  4.3 EC结构MT-VCSOA的调谐特性  40-43
    4.3.1 载流子浓度对增益及带宽的影响  40-41
    4.3.2 顶层DBR膜层周期数对增益及带宽的影响  41-43
  4.4 小结  43-45
结论  45-47
致谢  47-48
参考文献  48-53
攻读硕士学位期间发表的论文  53

MEMS可调谐垂直腔半导体光放大器的调谐特性研究

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