工程硕士答辩

1、44中国电子科技集团公司第四十四研究所工程硕士学位论文开题报告工程硕士学位论文开题报告电电 子子 科科 技技 大大 学学报告人：报告人： 田坤（四十四所）田坤（四十四所）44中国电子科技集团公司第四十四研究所目目 录录目目 录录一、选题名称一、选题名称二、目的意义二、目的意义三、研究内容与方案论证三、研究内容与方案论证四、可能存在的问题四、可能存在的问题五、研究条件五、研究条件六、进度安排六、进度安排 44中国电子科技集团公司第四十四研究所一、选题名称一、选题名称 新型650nm激光发射器件技术研究选题名称选题名称44中国电子科技集团公司第四十四研究所二、目的意义二、目的意义 研制研制可用于大

2、型侦查系统的可用于大型侦查系统的650nm半导体激光器，器件需要半导体激光器，器件需要满足以下几点技术要求：满足以下几点技术要求：工作波长：工作波长：65015nm；光谱半宽：光谱半宽：5nm；阈值电流：阈值电流：120mA；输出功率：输出功率：80mW（CW，T=20,工作电流工作电流150mA）；）；输出稳定度：输出稳定度：0.05dB/20/3h；光束：光斑直径小于光束：光斑直径小于5mm（透镜输出，距离光源（透镜输出，距离光源500mm平面上测平面上测量）；量）；外形尺寸：外形尺寸：30mm25mm 或或30mm30mm25mm；重量：重量：100g；工作温度：工作温度：-4065；储

3、存温度：储存温度：-5080；致冷器工作电流：致冷器工作电流：1A目的意义目的意义44中国电子科技集团公司第四十四研究所研究内容与方案论证研究内容与方案论证有源层结构有源层结构 波导结构波导结构 腔面镀膜腔面镀膜 三、研究内容与方案论证三、研究内容与方案论证 芯片的设计与制造芯片的设计与制造封装设计封装设计管壳设计管壳设计 准直光路设计准直光路设计 44中国电子科技集团公司第四十四研究所研究内容与方案论证研究内容与方案论证有源层结构有源层结构图1 650nm波段的GaInP/AlGaInP激光器结构示意图 44中国电子科技集团公司第四十四研究所波导结构波导结构 研究内容与方案论证研究内容与方案

4、论证 量子阱半导体激光器中，波导层在量子阱的外侧，被低折射率的限制层所包夹。在平面波导半导体激光器中，需要考虑两种光波导。一种是在垂直于结平面方向上，低折射率的限制层包夹高折射率的波导层，这种波导结构利用全反射将光场限制在中心层内。另一种是在平行于结平面的方向上，由光损耗区包围光增益区的结构，即增益导引结构。 脊波导结构等侧向折射率导引结构比较符合项目要求 ，不易造成基侧模选择困难。图2 使用Cl2/CH4/H2混合气体ICP刻蚀制作的InGaAsP波导 44中国电子科技集团公司第四十四研究所腔面镀膜腔面镀膜 研究内容与方案论证研究内容与方案论证图3 650nm波段（HfO2/SiO2）8 H

5、fO2高反膜反射率曲线 当膜层反射率合适时，会对激光器的降低阈值和提高斜率效率起到积极的促进作用。选取抗激光损伤阈值较高的氧化物薄膜作为膜层制作材料。 44中国电子科技集团公司第四十四研究所封装设计封装设计 研究内容与方案论证研究内容与方案论证 一般的TO管壳尺寸较小，致冷器的体积不适合放置于TO管壳中，蝶形封装形式内部空间较大，可以将致冷器与准直系统同时放置入壳体，但直接出光线需对壳体进行改造。 为了能达到较好的散热效果，管壳底板应采用导热系数较高的钨铜材料（表面镀金）。管壳设计管壳设计 44中国电子科技集团公司第四十四研究所封装设计封装设计 研究内容与方案论证研究内容与方案论证图4 650

6、nm GaInP/AlGaInP激光器准直光路示意图 650nm的GaInP/AlGaInP激光器的水平和垂直发散角一般在10和40范围内，激光器的发散角越大，光斑的尺寸越大，经透镜准直后要在500mm的距离上保持平行光束传播，则准直后的发散角不得超过0.6。 准直光路设计准直光路设计 44中国电子科技集团公司第四十四研究所封装设计封装设计 研究内容与方案论证研究内容与方案论证图5 图a、b、c分别为水平和垂直发散角为10和40的650nm激光束的原始 光斑、传播500mm后的光斑、保持0.6发散角传播500mm后的光斑 准直光路设计准直光路设计 44中国电子科技集团公司第四十四研究所可能存在

7、的问题可能存在的问题 可能存在的问题可能存在的问题激光器芯片方面：激光器芯片方面：功率高，阈值低，斜率效率大于0.8W/A，对量子阱材料生长要求较高。激光器封装方面：激光器封装方面： 该器件主要对光斑和工作温度有较高要求，因此器件封装结构中必须包括制冷器和光束整形系统。常见的TO封装由于接触散热面积小，内部空间有限，将不能满足大功率器件散热需要； 常见的半导体激光器件，一般采取直接出光（TO封装）和光纤耦合出光（蝶形封装）两种输出方式，该器件要求直接出光，但通常的TO封装（管帽带透镜）很难保证在长距离上（500mm）形成较小的光斑，若在TO封装内部安装光束整形光学元件，改造普通的的TO封装，成

8、本又会较高。44中国电子科技集团公司第四十四研究所可能存在的问题可能存在的问题 可能存在的问题可能存在的问题激光器芯片方面：激光器芯片方面：功率高，阈值低，斜率效率大于0.8W/A，对量子阱材料生长要求较高。激光器封装方面：激光器封装方面： 该器件主要对光斑和工作温度有较高要求，因此器件封装结构中必须包括制冷器和光束整形系统。常见的TO封装由于接触散热面积小，内部空间有限，将不能满足大功率器件散热需要； 常见的半导体激光器件，一般采取直接出光（TO封装）和光纤耦合出光（蝶形封装）两种输出方式，该器件要求直接出光，但通常的TO封装（管帽带透镜）很难保证在长距离上（500mm）形成较小的光斑，若在TO封装内部安装光束整形光学元件，改造普通的的TO封装，成本又会较高。44中国电子科技集团公司第四十四研究所研究条件研究条件 研究条件研究条件 我所拥有完整的半导体激光器生产线，具有AIX 200 MOCVD设备，Philip PL能谱测试仪，Plasma system80 PEVD，suss MicroTec 光刻机，Plasma system100 ICP刻蚀机，ULVAC UEP-2010s蒸发台，Vicker Z-Axis measurement 测深显微镜，AMBIOS Xp2 型台阶仪，Keithy 激光测试系统，精工