【摘 要】
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半导体激光器是光通信系统中的重要器件，其性能影响着光通信网络的传输速度和传输距离。由于半导体材料的温度敏感性，半导体激光器在工作时的性能和应用效果都会受到器件内部热效应的影响。本文在热效应理论研究的基础上，运用有限元方法(Finite Element Method, FEM)建立了研究半导体激光器热特性的理论模型，根据热学模型对激光器不同结构的温度分布进行计算和仿真。以此为依据优化一种新型分布反馈式(Distributed Feedback, DFB)半导体激光器的散热结构，对窄线宽热调谐多通道干涉(Mu
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半导体激光器是光通信系统中的重要器件，其性能影响着光通信网络的传输速度和传输距离。由于半导体材料的温度敏感性，半导体激光器在工作时的性能和应用效果都会受到器件内部热效应的影响。本文在热效应理论研究的基础上，运用有限元方法(Finite Element Method, FEM)建立了研究半导体激光器热特性的理论模型，根据热学模型对激光器不同结构的温度分布进行计算和仿真。以此为依据优化一种新型分布反馈式(Distributed Feedback, DFB)半导体激光器的散热结构，对窄线宽热调谐多通道干涉(Multi-Channel Interference, MCI)激光器的臂相位区进行结构设计，并对其线宽进行测量。本文的研究内容主要为：
(1)对半导体激光器的热特性进行了深入研究，分析了温度对半导体激光器性能参数的影响，介绍了其传热学的基本原理，并对有限元方法和COMSOL软件进行简要说明。
(2)基于COMSOL有限元分析软件建立新型两段式DFB激光器的理论热模型，利用二维与三维模型综合分析几种不同的散热结构对激光器温度分布的影响，内容包括：不同顶部散热金厚度对激光器散热效率的影响；不同衬底厚度对激光器芯层温度分布的影响；不同量子阱结构对器件散热效率的影响；不同顶部厚金结构对芯层热量传递的影响。优化激光器的散热方案，促进工艺实验的进展。
(3)运用有限元方法建立窄线宽热可调谐MCI激光器的理论模型，通过传热模块分析空气隔热层结构、波导间距、波导刻蚀深度和热电极长度对臂相位区温度分布的影响，依据仿真结果确定激光器的调谐区波导结构。并与实验结果进行对比，验证仿真结果的准确性。设计分段支撑的结构提高悬空波导的稳定性。
(4)基于延时自零差法建立一种窄线宽热可调谐MCI激光器的线宽测试方案，介绍测试系统的结构和相关原理，并验证系统测量线宽的准确性；运用该测量系统对热调谐MCI激光器的线宽进行测量，并与电调谐MCI激光器的线宽对比。
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