【摘 要】
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量子计算机能够快速地实现并行运算,其数据处理速度远超电子计算机。然而目前量子计算机只能在低温环境下运行,因此低温与室温间的数据传输成为量子计算机研究需要解决的一个重要问题。由于半导体激光器在工作稳定性、能耗以及工作温度范围方面有着突出的优势,有望成为解决上述问题的一个突破点。本论文研究了In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器和Ga Sb基量子阱激光器的电学特性以及In Ga As
【基金项目】
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国家自然科学基金（NO.61674096）； 信息功能材料国家重点实验室开放课题；
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量子计算机能够快速地实现并行运算,其数据处理速度远超电子计算机。然而目前量子计算机只能在低温环境下运行,因此低温与室温间的数据传输成为量子计算机研究需要解决的一个重要问题。由于半导体激光器在工作稳定性、能耗以及工作温度范围方面有着突出的优势,有望成为解决上述问题的一个突破点。本论文研究了In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器和Ga Sb基量子阱激光器的电学特性以及In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器的调制特性。主要内容如下:1.论文对半导体激光器的发展现状（着重介绍了In Ga As/Ga As/In Ga P 980nm激光器的发展现状）和工作原理进行了介绍,同时也介绍了半导体材料的制备方法和实验中用到的仪器以及测试流程。2.研究了In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器在不同温度下的电压特性,并建立了一个理论模型进行描述。通过对所研制激光器的实验测试数值和理论仿真数值进行比较,发现它们在不同温度下I-V曲线的变化趋势相同,且电压温度系数（d V/d T）都近似为线性关系,说明建立的理论模型对该激光器的适应度较高。实验测试和理论计算得到该激光器在100-300K内的电压温度系数分别为2.93-3.17m V/K和3.91-4.15m V/K,在100-300K内两者得到的电压温度系数接近,表明建立的理论模型在该温度范围内能较好地模拟激光器的温度电压特性。3.研究了In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器和Ga Sb基量子阱激光器的电学特性。通过对两种激光器I-V曲线的分析,得出影响激光器微分电阻值的几个因素:脊条宽度的增加,使激光器的微分电阻减小;腔长的增加,使激光器的微分电阻减小。研制的Ga Sb基量子阱激光器中,器件的最低功耗为15.60m W;In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器中,器件的最低功耗为6.57m W。因为激光器的功耗越低,其热效应越小,对低温环境的影响越低。所以选择功耗最低的In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器进行下一步调制特性的研究。4.研究了腔长为0.5mm,脊条宽度为3μm的In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器光纤耦合封装后的I-V特性、I-P特性、功耗特性以及高频调制特性。利用由电流源、网络分析仪、Bias-T偏置器件以及探测器所组成的传输网络,对激光器的高频调制特性进行测试。通过对室温和低温测试数据的分析,分别得出传输网络在两种条件下的正向传输系数S21图,从而得出激光器在低温下的调制速率相较于室温确实有所提高,并初步判断激光器在低温下的高频调制带宽接近6.5GHz。研究结果表明研制的In Ga As/Ga As/In Ga P量子阱激光器,在实现低温与室温之间数据通信的应用上具有一定的潜力。
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