基于级联蝶形多模干涉器结构的混合应变量子阱超辐射发光管的研究

Superluminescent diodes(SLED) have been widely used in the filed of optical fiber gyro, optical coherence tomography, and wavelength division multiplexing and optical fiber sensor, because of their high power, wide-spectrum, short coherence length and high coupling efficiency. The current research has been focused on how to enhance the output power and bandwidth of SLED at the same time. To solve the issues of the restriction between output power and bandwidth, we will realize the power improvement with the single mode output by taking the butterfly multi-mode interferometer structure, which has a wide active pumping area. The structure of the mix strained multiple quantum wells will be optimized and utilized as active layer material to increase the bandwidth. The serious heating effect is another issue of SLED, which affects the output power improvement and the performance of output spectrum. Thus, we will systematically study the effects of device structure, active layer thickness and quantum well structure on the thermal resistance on SLED. We aim to alleviate the effects of thermal resistance on the output power and spectrum. In addition, to further reduce the thermal resistance of SLED, the dimension and structure of the heat sink will also be studied and optimized. The outcomes of this research project will be helpful to improve the research level of SLED, and provide some new views for high performance SLED development.

超辐射发光二极管（SLED）由于其高功率、宽光谱、短相干长度和高耦合效率的优点，被广泛应用在在光纤陀螺仪、医学相干断层成像技术、波分复用技术和光纤传感等各种领域，目前的研究重点在于如何同时提高其输出功率和拓展其输出光谱。为了解决现有SLED输出功率与输出光谱相互制约的问题，本项目通过采用蝶形多模干涉器结构来增大有源区的泵浦面积，实现输出功率的提高，同时，保持单模输出模式；通过研究和优化混合应变多量子阱结构，拓展输出光谱宽度。严重的热效应是SLED的另外一个问题，影响其输出功率，也影响输出光谱的质量。因此，系统研究器件结构、有源层厚度、量子阱材料结构对器件热阻的影响，减少热阻对输出功率和输出光谱的影响。另外，通过优化热沉的结构和尺寸，进一步降低器件热阻。该研究成果有利于提高我国SLED器件的研究水平，为研制高性能的SLED提供新的研究思路。

超辐射发光二极管（SLED）由于其高功率、宽光谱的优点，被广泛应用在在光纤陀螺仪、波分复用技术和光纤传感等各种领域。目前的研究重点在于如何同时提高其输出功率和拓展其输出光谱。为了解决现有SLED输出功率与输出光谱相互制约的问题，本项目通过采用蝶形多模干涉器结构来增大有源区的泵浦面积，实现输出功率的提高，同时，保持单模输出模式；通过研究和优化混合应变多量子阱结构，拓展输出光谱宽度。严重的热效应是SLED的另外一个问题，影响其输出功率，也影响输出光谱的质量。因此，系统研究器件结构、有源层厚度、量子阱材料结构对器件热阻的影响，减少热阻对输出功率和输出光谱的影响。该研究成果有利于提高我国SLED器件的研究水平，为研制高性能的SLED提供新的研究思路。. 取得的主要成果有：(1)建立了基于级联多模干涉器波导腔的速率方程及光子与载流子动力学模型;(2) 通过采用级联多模干涉器腔结构，可以将发光器件的热阻有效地降低到普通条形波导腔器件热阻的一半以下;（3）在合成高质量的发光材料基础上，制备了高效发光器件，在注入电流220mA小时，提出的新器件结构，与标准器件相比，光输出功率提高了58.4%，而器件的电学性能也没有因为结构的创新而新建；（4）在国际知名期刊Nano Energy、Opt. Letter. Opt. Express上发表SCI论文9篇（均标注有资助号61404017），其中SCI一区论文3篇，二区论文6篇，他引次数300多次，ESI高被引论文2篇，授权发明专利4项。（5）培养李存龙博士后1名，2017年10月出站；硕士生8名，4名已毕业，均获国家奖学金；博士生在读6名。 .通过该项目的开展，入选了2017重庆市“青年拔尖人才”计划、江苏省双创博士、江苏省苏北科技发展特聘专家。目前，正在与江苏同辉照明科技有限公司进行成果转发对接，对取得的部分成果正在进行中式生产。