半导体激光器中1/f低频电噪声自相关性的研究

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半导体激光器是光电技术领域的一种重要的光源器件,以体积小、高效率、易集成、使用寿命长等优点广为应用于光存储、光信息处理等工业领域,并随着空间技术的发展在航空航天等极端环境也得到广泛的应用,因此半导体激光器的特性及其可靠性的研究成为备受关注的问题之一。传统的鉴定半导体激光器工作可靠性和寿命的方法是采用加速老化方法进行测定,因此会有能耗高、周期长、所需样品数量大等弊端而不利于推广。近年来研究表明,1/f噪声作为一种广泛存在于自然界的随机噪声信号,也存在于半导体激光器的低频电噪声中。根据它的产生机制,1/f低频电噪声中往往蕴含着器件的丰富的信息,因此它的特性与参数能够在一定程度上表征半导体器件的质量与性能。这种方法间接但却高效、灵敏、低成本,与传统的大批量加速老化实验的可靠性评判方法相比有比较明显的优势。此外,基于半导体激光器的物理结构与工作原理,1/f噪声是半导体激光器低频电噪声的主要成分,因此半导体激光器的1/f低频电噪声的特性的研究对于半导体激光器可靠性评估具有重要意义。本论文工作是国家自然科学基金青年科学基金项目(61204055)和吉林省科技发展计划青年科研基金项目(20130522188JH)的延续,主要研究对象为半导体激光器的1/f低频电噪声的自相关性。首先给出采用小波变换反演合成1/f低频电噪声的方法,实现了1/f低频电噪声在计算机上的再现,并分析了小波变换对1/f噪声的去相关性及这一特性对小波变换反演法合成1/f低频噪声过程的影响;通过建立1/f噪声的自相关性与小波函数消失矩的关系的理论模型,对1/f噪声的小波变换去相关性和方差特性进行了详细的计算和分析;搭建了半导体激光器的1/f噪声的测试系统以测量半导体激光器的1/f低频电噪声;建立实测半导体激光器的1/f低频电噪声的小波系数自相关性与小波函数的消失矩之间的联系,并对此进行验证;探讨和分析了1/f小波系数自相关性与小波函数消失矩的关系曲线的反常现象;对采用计算机合成的1/f噪声仿真信号亦同样进行了自相关性的实验和验证;最后,结合实验所得相关性的数据,本论文还在概念层次上提出了通过测量和计算不同偏置电流下半导体激光器的1/f噪声的小波变换系数的相关性大小,从而通过相关性与偏置电流的关系来评估半导体激光器可靠性的新思路,这一理论及其实现将为后续的半导体激光器可靠性分析提供新的途径。
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