摘要: 回音壁模式(WGM)微腔作为光学微腔的一种，具有体积小、品质因子高、易于集成等优点，可被用于制作低阈值的微腔激光器、滤波器、传感器、延时器等光子器件，在气体探测、片上光互联、微波光子学等领域有着广泛的应用前景。然而，半导体激光器在工作中... 展开 回音壁模式(WGM)微腔作为光学微腔的一种，具有体积小、品质因子高、易于集成等优点，可被用于制作低阈值的微腔激光器、滤波器、传感器、延时器等光子器件，在气体探测、片上光互联、微波光子学等领域有着广泛的应用前景。然而，半导体激光器在工作中会因为灾难性光学损伤、腔面氧化、电极键合老化等而发生退化直至失效，使其所在应用系统的可靠性受到影响，特别是WGM微腔激光器异于传统脊形波导半导体激光器的深刻蚀结构，刻蚀深度超过有源区的特点给包括有源区在内的刻蚀界面带来大量的缺陷和损伤，加速了激光器的退化。所以除了对不同结构WGM微腔激光器进行设计优化、特性研究及应用探索外，对其可靠性和寿命进行研究也十分必要。本论文围绕着耦合腔激光器的传感应用与老化试验展开，主要的研究内容如下: 为了展现WGM-FP耦合腔激光器在气体传感领域的应用前景，提出了一种中心波长为1654nm的正方形-FP耦合腔激光器，对应甲烷气体分子在1653.72nm(R3-2v3)处的吸收线。该激光器的激射波长可以分别通过调节正方形微腔注入电流ISQ，FP腔注入电流IFP，或制冷器的温度来调谐，在这个过程中，激光器保持单模激射不发生模式跳变，边模抑制比约为40dB，线宽约为5MHz，多模光纤输出功率可达7.4mW。利用该耦合腔激光器搭建了基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的气体探测系统，成功实现了对甲烷气体的检测。这表明该耦合腔激光器是一种可以应用于甲烷气体检测的高性能激光光源。 为了考察深刻蚀结构的WGM半导体激光器的寿命，用电老化试验的方法对激光器进行了考核。对InGaAsP/InP耦合双圆微腔激光器进行了室温恒电流模式电老化试验，电流应力为100mA，老化总时长为1400h。除了模式或环境温度变化导致的异常变化区间外，试验期间输出功率和阈值电流随时间变化的曲线符合渐进退化模式的变化特点，输出功率的变化情况可以作为评价器件寿命的依据。耦合双圆微腔激光器的输出功率在1200h左右降到初始值的50％，即室温100mA下器件的寿命约为1200h。对AlGaInAs/InP正方形微腔激光器进行高温加速老化试验，温度应力为80℃，电流应力为30mA，老化总时长为108h。该微腔激光器的输出功率在80h左右降到初始值的50％，即30mA，80℃下器件的寿命约为80h。激光器电老化试验的研究结果为后续确定WGM微腔激光器的早期筛选条件和加速老化条件，搭建老化测试系统，以及对多个器件开展电老化试验和可靠性分析提供了依据。 收起