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研究生: 卓凡舜
Fan-Shun Cho
論文名稱: 高速直調雷射製程與量測
Fabrication and Measurement of Directly Modulated Distributed Feedback Lasers
指導教授: 李三良
San-Liang Lee 
口試委員: 李三良
San-Liang Lee 
任大為
Da-Wei Ren
葉秉慧
Ping-Hui Yeh
何文章
Wen-Jang Ho
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 61
中文關鍵詞: 直調雷射分佈反饋式雷射
外文關鍵詞: distributed feedback laser, directly modulated laser
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本論文主要設計與製作分佈反饋式雷射,使能達到高頻操作的目標。為了使傳輸模組更簡單與成本降低,高速直調半導體雷射對於短中距離高速傳輸系統是非常重要的,其優點在於可以運用多通道的系統模組達到高速傳輸,並可套用分波多工使頻寬增加。
本論文以AlInGaAs/InP材料製作波長1310 奈米可高頻操作的DFB雷射,此材料具有較大差分增益且可高溫操作的優勢,目標是使雷射的旁模抑制比在不同操作條件下皆能維持在30 dB以上且雷射頻寬超過18 GHz。
量測製作完成的DFB雷射的輸出特性,當溫度在20℃時輸出光功率可達28.34 mW,差分斜率為0.42 mW/mA,弛張振盪頻率(fr)可在16 GHz以上。當溫度上升至40℃時,輸出光功率降至17.26 mW,差分斜率0.3384 mW/mA,弛張振盪頻率最高可達14 GHz。


In this thesis a high-speed directly modulated DFB laser is fabricated and analyzed for applications in optical transmitters of large data rate. For realizing compact and low-cost optical transmission over intermediate and long reach, high-speed directly modulated lasers (DMLs) are indispensable. The high-speed DMLs of different wavelengths can be combined with a wavelength divided multiplexer to increase the transmission bandwidth.
We fabricated the high-speed DFB lasers based on AlInGaAs/InP material system and the peak wavelength is around 1310 nm. The AlInGaAs materials have the merits of large differential gain and are good for high-temperature operation. The goal is to achieve > 30 dB side-mode suppression ratio (SMSR) and >18 GHz 3-dB bandwidth over a wide range of operation conditions.
The fabricated lasers can output 28.34 mW with a slope efficiency of 0.4181 mW/mA and a resonant frequency (fr) up to 16 GHz at 20℃. When the temperature rises to 40℃, the output power decreases to
17.26 mW and the slope efficiency and the resonant frequency are 0.3384 mW/mA and 14 GHz, respectively. Good single-mode stability with > 30 dB SMSR can be obtained.

目錄 摘要 i Abstract ii 致謝…………………………………………………………………………………………… iii 圖目錄………………………………………………………………………………………… vi 表目錄………………………………………………………………………………………… ix 第一章 研究動機與元件技術介紹 1 1-1 前言 1 1-2 DFB雷射簡介 3 1-3 研究方向 5 1-4 論文架構 5 第二章 基本理論與元件模擬分析 6 2-1 雷射組成 6 2-2 半導體雷射原理 7 2-3 DFB雷射原理 10 2-4 DFB雷射靜態響應 12 2-5 DFB雷射動態響應 14 2-6 DFB雷射模擬 17 第三章 元件製程步驟 20 3-1 光罩設計 21 3-2 製程流程 21 3-3 製程結果與討論 29 第四章 元件量測 36 4-1 DFB雷射量測結果與討論 36 4-2 DFB雷射量測結果與討論(端面經ARC/HRC) 44 4-3 淨模態增益量測 47 4-4 RIN(relative intensity noise)量測結果與討論 51 第五章 結論 58 5-1 成果與討論 58 5-2 未來研究方向 59

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