为达到近中红外与激光兼容隐身的双重目的, 设计了一种由Ag和ZnS构建的含缺陷的分布式Bragg反射镜(Distributed Bragg reflector, DBR)。利用掺杂原理, 在含金属的DBR中引入缺陷, 使其在650～5?000nm禁带范围内1 060 nm处出现缺陷模。采用COMSOL研究了周期数Nc、缺陷层膜厚对近中红外及缺陷模的影响规律。研究结果表明: 缺陷模随缺陷层膜厚减少而蓝移。随含缺陷周期结构Nc增加, 缺陷模宽度变窄, 其缺陷模以中心波长为中心成对出现, 呈现出良好反射型梳状滤波器的特征。通过控制Nc, 可对梳状滤波器的齿数和齿距进行有效控制。当Nc=1时, 可实现650～5?000nm波段全反射, 1 060 nm处出现缺陷模, 其反射率仅为4%。这种具备“光谱挖空”特征的含金属的DBR, 能够进行近中红外波段和1 060 nm处的激光兼容隐身。和异质结电介质光子晶体相比, 该结构具有结构对称、结构简单、膜层层数较少的优势。

基于能带理论和分布布拉格反射镜(DBR)的工作原理, 分析了垂直腔面发射激光器(VCSEL)中DBR串联电阻较大的原因。采用组分渐变降低DBR结构中异质结界面处势垒, 优化DBR的各层掺杂浓度, 通过调控费米能级进一步降低DBR中的异质结势垒, 从而有效降低DBR串联电阻。实验采用Al0.22Ga0.78As/Al0.9Ga0.1As作为生长DBR的两种材料, 设计了DBR各层厚度, 研究了AlGaAs材料的最佳生长温度, 利用MOCVD外延技术完成了795nm VCSEL突变DBR与渐变DBR的生长。经过工艺制备, 测得突变DBR和渐变DBR的电阻分别为6.6和5.3Ω, 优化生长后的DBR电阻得到有效降低。

将表面配体改性的CdSe/ZnS量子点(Quantum dots)和光刻胶混合, 进而采用光刻工艺在InGaN/GaN蓝光Micro-LED上实现了最小尺寸为3 μm的高分辨率、高光效的量子点颜色转换膜层。同时系统研究了不同厚度和混合比例的量子点膜层的吸收/发射光谱及光致发光量子产率(PLQY)。为优化光转换效率, 量子点膜层中加入了TiO2散射粒子以提高蓝光的吸收效率。更进一步地, 经过设计引入分布式布拉格反射镜(DBR), 使得未被吸收的蓝光光子回弹到量子点转换膜层, 这不仅提升了蓝光吸收效率, 也增强了转换色彩的饱和度。同时采用了热激发方式来提升量子点的光致发光量子产率。为得到更高的显示对比度和色彩饱和度, 引入黑色光阻矩阵来削弱临近图形之间的颜色串扰。实验结果表明, 该量子点膜层可以用光刻技术实现高分辨率、高光效的颜色转换图层, 为单片全彩化Micro-LED显示的发展提供了新颖可靠的技术路线。

L波段取样光栅分布布拉格反射(SG-DBR)激光器在高速光通信与无源光网络中具有广泛的应用前景。本文以InGaAsP作为无源波导区材料, 从理论上分析了实现L波段宽调谐SG-DBR激光器所需的关键参数, 包括前后取样光栅的反射峰间隔、取样周期、占空比等。同时采用传输矩阵模型, 讨论了取样对数与前、后取样光栅反射特性的关系。最后得到了一组优化的SG-DBR激光器参数, 其对应的调谐范围达到47.6 nm。

当金属-分布式Bragg反射镜-金属（M1-DBR-M2）结构中的DBR周期数比较大时, M1-DBR-M2中的两光学Tamm态（OTS）发生弱耦合。 通过研究M1-DBR-M2结构中OTS弱耦合情况下的反射光谱和OTS本征波长电场分布, 揭示了弱耦合情况下的OTS和光隧穿效应。 研究结果表明： 在弱耦合情况下, 金属薄膜M1的厚度影响了OTS的本征波长, 而金属薄膜M2的厚度对OTS的本征波长没影响。 虽然弱耦合情况下只能激发M1-DBR交界面处的OTS1, 但电场局域现象并不是仅仅发生在M1-DBR交界面处, 光可以穿过DBR到达并被局域在DBR-M2交界面处, 存在光的隧穿效应。 光隧穿效应的强弱与两OTS的本征波长失谐量大小有关, 本征波长失谐量越小, 光隧穿效应越强。 两OTS的本征波长失谐量的大小, 也影响了光在M1-DBR-M2结构中局域的强弱, 本征波长失谐量越小, 光的局域现象越强, 反射光谱中凹峰处的反射率越小。

为提升LED芯片的光提取效率和电流扩展能力, 设计了双金属层环形叉指结构ITO/DBR电极的大功率倒装LED芯片, 并对分布式布拉格反射镜(DBR)薄膜和环形叉指电极结构进行了仿真优化计算。利用TFcalc软件仿真计算了DBR堆栈方式、堆栈周期和参考波长对DBR反射率的影响。仿真结果表明, 优化设计的双堆栈DBR薄膜在234nm宽波长范围内反射率均高于95%, 对应蓝黄光区域(440~610nm)平均反射率高达98.95%, 参考波长红移可以缓解DBR反射偏振效应。利用SimuLED软件仿真计算了电极结构对芯片电流扩展能力的影响。仿真结果表明, 350mA电流输入情况下, 单金属层电极电流密度均方差为44.36A/cm2, 而双金属层环形叉指数目为3×3时, 电流密度均方差降至14.37A/cm2。双金属层环形叉指电极降低了p、n电极间距, 减小了电流流动路径, 芯片电流扩展性能明显提升。

针对传统高光谱成像系统体积质量大、光机结构复杂、成本高等缺点，亟待微小型化的需求，开展高光谱成像芯片中布拉格反射镜设计和制备的研究，根据布拉格分布膜系理论开发的多层膜系结构的模拟器，并根据结构设计完成了5层和7层膜系布拉格反射镜的制作，利用可见/近红外分光光度计，对布拉格反射镜的反射率进行测量，与模拟器进行对比，由于布拉格镜的实际制备存在“瑕疵”，导致误差≤3%,多层膜系结构模拟器可以指导实际布拉格反射镜的制备，为高光谱成像芯片化奠定基础。

锥形半导体激光器具有高功率、高光束质量等特点, 因此受到广泛关注并成为研究热点。从3种结构(传统结构、分布式布拉格反射(DBR)结构、侧向光栅条纹结构)的锥形半导体激光器出发, 对国内外近十年具有代表性研究成果进行综述, 介绍其理论研究和实验进展, 并对锥形半导体激光器的未来发展进行展望。

讨论了反射镜反射率对LED光提取效率的影响, 并基于芯片与封装协同设计的原理, 针对蓝光和黄光波段, 通过TFcalc膜系仿真软件设计和优化了分布式布拉格反射镜(DBR)膜系。仿真结果表明, 单堆栈DBR结构最大反射带宽为134nm, 而双堆栈DBR结构最大反射带宽可拓展至216nm。利用参考波长红移的方式, 可以缓解DBR反射特性随入射角度增加而出现的反射谱线蓝移现象。金属增强型DBR结构能够减小反射偏振效应, 提高反射带宽和平均反射率, 并能够减小DBR厚度, 从而显著改善芯片的散热性能。

设计了一种适用于任何形式的可调谐激光器的光学系统和测试系统,同时实现了对调制光栅Y型可调谐激光器(MGY)的封装,该系统由光源模块、准直透镜、隔离器、双面胶合棱镜、聚焦透镜、三棱镜、法布里-珀罗(F-P)标准具、以及光电探测器构成。利用法布里-珀罗标准具的滤波特性实现了可调谐激光器光学系统的波长锁定模块,分析了入射光线与标准具轴线之间夹角对透射谱峰值和自由光谱值(FSR)的影响,发现角度在1°以内,角度变化对锁波精度的影响非常显著,而对自由光谱值的影响非常小。结果表明:对于光通信可调谐激光器的锁波模块,可以通过旋转F-P标准具与入射光线之间的夹角使F-P标准具的透射波长与国际电信联盟(ITU-I)的标准信道一致,从而实现输出波长的锁定。