光子晶体DFB激光器的研究

论文摘要

光子晶体是具有电磁波禁带的周期性结构功能材料,其根本特征是具有光子禁带和光子局域。本文将光子晶体引入有机激光器中,应用光子晶体所具有的光子禁带控制光在器件中的传播特性,改善激光器的反馈性能,降低激光器的激射阈值。1、我们在国际上首次采用高折射率材料SiN制作一维有机光子晶体DFB激光器,通过控制其晶格常数和占空比,制备了阈值较低,发射峰在690 nm左右的有机激光器。通过对其光致发光特性的研究,优化了其器件结构。我们还利用Translight软件计算了该一维光子晶体的透射谱和反射谱。通过透射谱和反射谱的研究,我们认为光子禁带的产生是由于材料的折射率的周期性引起的,但是入射光的角度对于禁带位置的移动是有影响的。一维光子晶体激光器需要满足布喇格衍射条件。2、我们在国际上首次采用SiN材料制作了二维三角型有机光子晶体DFB激光器,通过调整其占空比和有机材料的厚度,制备了阈值较低,发射峰在690nm左右的有机光子晶体激光器。通过测量其光致发光特性、阈值特性,优化了器件的结构。我们还利用MPB软件包计算了该二维光子晶体激光器的能带。通过能带特性的研究,我们认为二维光子晶体虽然不具有完全带隙,但通过增加高折射率材料可以有效降低这种能带边缘型光子晶体激光器的阈值。3、我们还制作了基于SiO2材料的蜂窝型二维有机光子晶体DFB激光器。测试了该光子晶体激光器的光致发光特性和阈值特性。4、我们还从理论上分析了能带边缘型光子晶体激光器的工作原理。

论文目录

• 提要
• 第一章 前言
• 1.1 光子晶体的产生背景
• 1.2 光子晶体的产生
• 1.2.1 光子晶体的概念
• 1.2.2 光子晶体与半导体的比较
• 1.2.3 光子晶体的类型
• 1.2.4 光子晶体的特性
• 1.3 光子晶体的发展现状
• 1.3.1 光子晶体的理论研究方法
• 1.3.2 光子晶体的制作方法
• 1.3.3 光子晶体的新特性与新现象
• 1.4 光子晶体的应用
• 1.4.1 高发射率小型微波天线
• 1.4.2 光子晶体微腔
• 1.4.3 光子晶体光波导
• 1.4.4 光子晶体光纤
• 1.4.5 其它应用方面
• 1.5 本论文的主要工作和创新点
• 参考文献
• 第二章 光子晶体激光器基础
• 2.1 光子晶体激光器的研究进展
• 2.1.1 缺陷光子晶体激光器
• 2.1.2 光子晶体反射镜激光器
• 2.1.3 带边模式光子晶体激光器
• 2.1.4 有机光子晶体激光器
• 2.1.5 耦合缺陷腔光子晶体激光器
• 2.1.6 紫外波段光子晶体激光器
• 2.2 DFB激光器的工作基础
• 2.2.1 激光物质
• 2.2.2 DFB激光器的反馈原理
• 2.3 平面波展开法
• 2.3.1 前言
• 2.3.2 TE波与TM波
• 2.3.3 平面波展开法
• 2.4 小结
• 参考文献
• 2基光子晶体DFB激光器的制备与测试'>第三章 SiO₂基光子晶体DFB激光器的制备与测试
• 2 有机光子晶体DFB激光器的制备'>3.1 SiO₂有机光子晶体DFB激光器的制备
• 3.1.1 光子晶体平板的表征
• 3.1.2 测试的基本方法
• 3.1.3 有机增益层的制备
• 3.2 有机光子晶体DFB激光器的测试与分析
• 3.2.1 激射光谱
• 3.2.2 FWHM的变化
• 3.2.3 阈值和远场
• 3.3 耦合模式的分析
• 3.3.1 耦合波分析
• 3.3.2 耦合系数
• 3.3.3 衍射光栅
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 基于高折射率材料SiN的一维光子晶体激光器
• 4.1 有机光子晶体DFB激光器的制备
• 4.1.1 光子晶体激光器的结构
• 4.1.2 光子晶体平板的表征
• 4.1.3 有机增益层的制备
• 4.2 有机光子晶体DFB激光器的测试与分析
• 4.2.1 测试方法
• 4.2.2 测试结果及分析
• 4.3 有机增益层对光子晶体DFB激光器的影响
• 4.3.1 有机增益层厚度的变化对激射谱的影响
• 4.3.2 有机增益层厚度的变化对泵浦阈值的影响
• 4.4 占空比对光子晶体DFB激光器性能的影响
• 4.4.1 占空比对激射谱和FWHM的影响
• 4.4.2 占空比对泵浦阈值的影响
• 4.5 一维光子晶体的透射谱和反射谱
• 4.5.1 传输矩阵法的基本原理
• 4.5.2 一维光子晶体的透射谱和反射谱
• 4.5.3 一维光子晶体的有效折射率的计算
• 4.6 小结
• 参考文献
• 第五章 基于高折射率材料SiN的二维光子晶体激光器
• 5.1 二维有机光子晶体DFB激光器的制备
• 5.1.1 光子晶体平板的表征
• 5.1.2 有机增益层的制备
• 5.2 二维有机光子晶体DFB激光器的测试与分析
• 5.2.1 测试方法
• 5.2.2 测试结果及分析
• 5.3 MPB程序计算光子晶体平板能带结构
• 5.3.1 二维能带结构
• 5.3.2 二维三角形晶格的布喇格衍射
• 5.3.3 三维能带结构
• 5.4 小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻博期间发表的学术论文及其他成果
• 摘要
• Abstract