与传统的法布里-珀罗(F-P)腔半导体激光器相比,采用分布布拉格反射器(DBR)光栅的边发射半导体激光器在窄线宽、输出波长稳定等方面展示出了优异的特性,其在激光通信、光互联及非线性频率转换等领域有着巨大的应用需求。通过合理设计DBR光栅及器件结构,DBR半导体激光器可以实现激光窄线宽、双波长输出以及波长可调谐等性能。基于内置DBR光栅结构,DBR锥形半导体激光器可以同时兼具高功率、窄线宽及高光束质量等特性。针对这几类激光器,阐述了其结构设计、制作工艺及其性能优势,总结了国内外最新研究进展与发展现状,并对DBR半导体激光器的研究工作和发展趋势做出了进一步的讨论和展望。

设计并制作了非对称大光腔波导结构,利用分布布拉格反射技术,实现了980 nm 波段高功率半导体激光器的稳定输出。在实验过程中,采用电子束光刻技术,结合感应耦合等离子刻蚀工艺,利用SiO₂作为硬掩模,并通过减小Ar离子的束流来减弱刻蚀过程中由于物理轰击作用对SiO₂硬掩模的消耗,制作出形貌良好、周期为890 nm、占空比为50%的分布布拉格反射器光栅;采用脊型波导激光器的制作工艺,成功制作出分布布拉格反射激光器,当器件注入电流15 A时,该激光器的输出功率高达10.7 W,斜率效率为0.73 W/A,器件阈值电流为0.95 A,中心波长为979.3 nm。该研究为GaAs基DBR半导体激光器的制作与研究提供了新思路。

利用传输矩阵理论对无光学损耗和有光学损耗的分布布拉格反射镜(Distributed Bragg reflector,DBR)分别进行了结构分析与优化。在光场正入射条件下, 对具有HL、HLH、LH及LHL结构的DBR内部光场分布情况进行了模拟分析和实验验证。结果表明: 光场正入射到DBR后, 在HL及HLH型DBR结构内部的光场分布最弱。当组成DBR的材料层消光系数为0.01时, HL及HLH型DBR内部产生的能流密度吸收量最小, 为其他结构的10%左右, 材料吸收引起的中心波长反射率降低仅为3.6%; 而LH及LHL型DBR结构由于材料吸收而导致反射率降低29.2%。因此, 采用高折射率材料层作为DBR结构的第一层有利于提高DBR反射率, 降低光学吸收。最后, 通过MOCVD外延生长了具有HL结构的吸收型Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As DBR结构, 并对其反射特性进行了测试。

采用传输矩阵法及Matlab软件模拟以聚合物MEH-PPV为发光材料的顶发射聚合物发光二极管（TEPLED）出光率，探讨了阳极材料、阴极材料、折射率匹配层以及发光角度等对器件出光率的影响。从仿真结果可知以传统分布布拉格反射器（DBR）为衬底的器件与以Ag膜为反射阳极的器件相比，表现出更高的出光率，达到47.43%。针对半透明金属阴极对光线的吸收和反射问题，设计了以透明材料为阴极的器件，提高了TEPLED出光率，达到67.11%，与以Ag膜为阴极的器件相比，出光率高出10%。分析了DBR对器件出光角度的影响，结果表明，器件在较小出光角度范围（30°）内DBR结构对整个TEPLED出光率影响较小；当角度大于30°时，器件出光率受DBR的反射特征影响较大。DBR的应用为TEPLED出光率的优化设计提供了理论依据。

根据取样光栅分布布拉格反射器(SGDBR)型激光器的波长调谐原理，设计出用于SGDBR型激光器的波长自动控制系统。利用该系统对自行研制的SGDBR型激光器进行了准确、快速的波长扫描，为器件的动态性能研究奠定了测试基础。

介绍了一种基于多纵模分布布拉格反射（DBR）光纤激光器拍频解调的有源光纤折射率测量方法。利用拍频解调的原理，通过对激光器相邻纵模间拍频的观测实现了对掺铒光纤折射率的测量，该方法具有实验装置易于实现、同传统的波长解调方式相比有解调成本低等优点。对这种新型的有源光纤折射率测量方法进行了理论分析与实验论证，通过利用等强度梁对激光器的谐振腔施加轴向应变，实验测量了不同应变下的掺铒光纤折射率。实验结果表明，掺铒光纤折射率随应变的增加线性减小，其拟合度达到了0.9971，光纤折射率的应变系数约为-6.3086×10-7 (με)-1，其测量结果与国内外的前期相关研究结果基本一致。

采用传输矩阵法对GaN基蓝光发光二极管分布布拉格反射器(DBR) 反射光谱进行研究。计算发现正入射时s偏振 (TE模)与p偏振(TM模) 反射带是一致的; s偏振和p偏振反射带随着入射角的增大都向高频(短波) 方向移动,且两者之间的差别 也随之增大,DBR 反射带蓝移快慢与入射介质相关;低折射率入射介质时DBR 具有更宽角度响应。通过修改结构参数多次 计算表明:入射角修正的方法能较快地找到提高全方向反射的结构。复合 DBR 以降低反射率或者成倍增加膜层厚度为代价 实现大角度范围的反射。复合DBR比传统DBR 有更好的光谱特性,这对提高发光二极管的出光效率有现实意义。

设计了一种新型叠层光栅结构的晶体硅薄膜太阳能电池底部反射器,它由分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflectors,DBR)和衍射光栅两部分组成。利用严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)方法和模式传输线理论(Modal Transmission Line,MTL),对DBR和光栅进行优化设计,使该叠层光栅结构在800—1 100 nm波长范围内能高效反射入射光并得到大倾斜角的反射光,有效延长光子在电池体区的传播路径,使其被充分吸收。结果表明,四层Si/SiO2 DBR的反射率可达99.95%,零级衍射序被有效抑制,并得到具有较大倾斜角的±1级衍射序,太阳能电池的捕光能力大大提高。

介绍了一种基于单纵模分布布拉格反射(DBR)光纤激光器的新型压力传感器。该传感器基于拍频检测原理,其解调方法与传统光波长解调相比成本低且易实现。激光器谐振腔的增益光纤在应力作用下感生双折射从而导致单纵模激光器原本简并的正交偏振模式分离,互相差拍,产生1 GHz左右的拍频。对这种新型传感器进行了理论分析和实验论证,通过对0～1.2 N范围内压力进行传感检测,测得拍频为800～1200 MHz,曲线拟合度达到99.76%。结果表明,该压力传感器不仅延续了光纤光栅传感器高灵敏度等优点。还可以看作是在原有光纤Bragg光栅传感技术的升级,以分布布拉格反射(DBR)代替光纤光栅作为传感基元,将无源传感升级为有源传感,以提高信噪比和传输距离。

超结构光栅DBR(SSGDBR)半导体激光器是目前光通讯中应用最有前景的可调谐激光器之一.利用传输矩阵法模拟了SSGDBR的反射谱.计算中,把SSGDBR每一个光栅节距看成基本单元.对于SSGDBR的注入不同龟流,反射光谱显示出调谐特征.