为了改善9xx nm高功率半导体激光器的性能, 对n包层和p包层的掺杂分布进行了调整, 以减小激光器的内部损耗。同时为了减小有源区载流子的泄漏, 在有源区和波导层之间引入了高能量带隙GaAsP。设计并制作了内部损耗为1.25 cm-1的高功率激光器。器件可靠性工作的最大输出功率为26.5 W。当输出功率为10.5 W时, 最大电光功率转换效率为72.4%, 斜率效率为1.16 W/A。

采用Z扫描和泵浦-探测技术研究了GaN薄膜在370 nm时的非线性光学效应和非线性光动力学过程。 首先, 基于GaN薄膜的透射光谱, 结合线性光学理论分析得到了其在370 nm的线性折射率n0、 线性吸收系数α0、 光学带隙Eg等线性光学性质。 采用飞秒激光Z扫描技术, 得到了不同光强激发下的Z扫描实验响应结果, 结合非线性光学理论提取出GaN薄膜可变的光学非线性吸收效应。 在激发光子能量接近GaN带隙情况下, 低光强时材料表现为饱和吸收而高光强时为反饱和吸收, 这是因为低光强下单光子吸收占主导而高光强下以单光子感应自由载流子吸收为主。 闭孔Z扫描测量得到了GaN薄膜的三阶非线性折射系数为n2=－(1.0±0.1)×10-3 cm2·GW-1, 它几乎比传统非线性介质的高出一个数量级。 为了探究上述非线性过程的动力学弛豫时间以及进一步探究GaN薄膜非线性光动力学过程的深层物理机制, 采用了交叉偏振飞秒退相泵浦探测技术观察GaN薄膜的光激发载流子动力学弛豫过程。 实验结果表明, 在低光强下, 饱和吸收效应来源于瞬态单光子吸收, 高光强下单光子感应自由载流子吸收为非瞬态光动力学过程, 其自由载流子弛豫时间约为17 ps。 该工作将为GaN薄膜在紫外非线性纳米器件应用以及GaN薄膜非线性过程的机制分析理解提供新的思路。

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(GaAs)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究。飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应。通过Z扫描实验,得到了关于GaAs单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面。结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景。

为了研究脉冲激光辐照GaAs材料的热效应, 采用软件COMSOL Multiphysics构建了高斯脉冲激光辐照半导体材料的温升物理模型, 分析了1 064 nm纳秒级脉冲激光辐照半导体材料GaAs的热效应.通过求解热传导方程计算了不同功率密度激光辐照GaAs材料的径向与纵向温度场分布,讨论了单光子吸收、双光子吸收及自由载流子吸收对辐照材料的温升贡献.计算结果表明: 当激光功率密度升至1010 W/cm2, 自由载流子对材料的温升贡献已超过单光子吸收对材料温升的贡献而占主导位置; 当激光功率密度降至108 W/cm2以下时, 两种非线性吸收对材料温升的贡献可以忽略.该结果与相关实验基本相符, 表明了构建的物理模型具有科学性.

利用H在ZnO中作为浅施主杂质的特性, 研究了H掺杂对ZnO∶Al透明导电薄膜特性的影响。 通过降低ZnO∶Al中Al的含量并同时引入H掺杂, 解决了透明导电薄膜中高导电性与高透过率之间的矛盾。H的掺杂可以显著降低ZnO基透明导电薄膜的电阻率, 这是由于H一方面作为施主可以提供电子从而提高了自由载流子浓度; 另一方面与ZnO晶界中的O-结合降低了晶界势垒, 提高了载流子迁移率。利用H掺杂,可以在Al掺杂量降低10倍的情况下, 仍然能获得低电阻率(6.3×10-4 Ω·cm)的透明导电薄膜, 同时其近红外波段(1 200 nm)透光率从64%提高到90%。这种具有高导电性和高透光性的透明导电薄膜可以应用于各类薄膜太阳能电池中以提升器件效率。

针对用光腔衰荡法测量气体浓度时存在严重非线性光学损耗, 输出功率密度偏低, 光源输出不平坦等问题,利用受激拉曼散射(SRS)非线性频移机制, 设计了以Si元素作为拉曼主要增益介质的拉曼激光器。在硅波导结构中设置了p-i-n反向偏置电压, 通过控制调节该电压值来降低由双光子吸收(TPA)引起的自由载流子吸收(FCA)以及由FCA引起的非线性光学损耗, 从而提高拉曼激光器的输出功率。在实验分析处理过程中, 将反向电压分别设置为开路、短路、5 V以及25 V4种状态, 分析比较了不同电压值下激光器输出功率的变化规律。实验结果显示: 粒子自由迁移时间从16 ns降低到1 ns, 表明输出功率在同等标准下得以显著提高, 进而改善了气体浓度测量的稳定性。

本文利用简单模型综合考虑了带间跃迁、自由载流子吸收和带隙收缩对半导体激光器线宽展宽因子的影响，给出了半导体激光器线宽展宽因子的一种较为简便的计算方法.首先从理论上推导出线宽展宽因子的计算公式，分析并计算了GaAs半导体激光器的增益特性，并使用MATLAB软件中的Mupad工具包求解费米积分的数值解.然后根据得到的增益拟合曲线峰值的变化计算了带间跃迁对线宽展宽因子的影响.最后，分别讨论和计算了自由载流子吸收和带隙收缩对线宽展宽因子的影响.结果表明，带间跃迁和带隙收缩对线宽展宽因子的影响较大(α因子值分别为22.562，-6.853)，而自由载流子吸收对线宽展宽因子的影响较小(只有-0.605).

建立了可研究强超短光脉冲放大特性且包含自由载流子吸收、受激辐射、双光子吸收、光谱烧孔和超快非线性折射效应的半导体光放大器理论模型,用以建立脉冲四波混频模型,并进一步仿真了基于半导体光放大器的光采样过程,重点讨论了自由载流子吸收、双光子吸收效应对采样特性的影响。仿真结果与实验结果相符。