光通信用垂直腔面发射激光器的进展

垂直腔面发射激光器(VCSEL)以其优异的性能有望成为信息时代的新光源.文章介绍了用于光通信的VCSEL的开发现状.     

基于AlAs氧化法研制的垂直腔面发射激光器

结合垂直腔面发射激光器的制备,研究了AlAs选择性氧化工艺中氧化炉温、氮气流量、水温等条件和AlAs层的横向氧化速率之间的关系,并得到了可精确控制氧化过程的工艺条件,在优化的工艺条件下运用湿氮氧化制备出InGaAs/GaAs垂直腔面发射激光器,实现了器件的室温脉冲激射.     

蓝绿光激光器

结合最近几年国际上研制蓝绿光激光器的一些主要进展,介绍了实现蓝绿色激光输出的几个途径,即用非线性光学晶体倍频方法以及研制宽带隙材料激光器。     

Characterization of GaSb Films by Metalorganic Chemical Vapour Deposition

ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＧａＳｂＦｉｌｍｓｂｙＭｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＬｉＳｈｕｗｅｉ，ＺｈａｎｇＢａｏｌｉｎ，ＪｉｎＹｉｘｉｎ，ＺｈｏｕＴｉａｎｍｉｎｇ，（李树玮）（张宝林）（金亿鑫）（周...     

垂直外腔面发射半导体激光器的双波长调控研究

报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器（Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Laser,VECSEL）及其双波长调控。通过调控泵浦光功率,实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换,双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转,翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度,进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0℃时,每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变,激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换,同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。     

基于富铟团簇量子结构的双波长可调谐半导体激光器

本研究提出了一种采用增益芯片和光栅外腔的双波长可调谐半导体激光器。增益芯片采用了富铟团簇量子限制结构作为其量子限制结构,由于该结构独特的平顶增益特性,可以使激光器在双波长调谐范围内实现光强稳定。本研究中的谐振腔包括内部谐振腔和外部谐振腔,其中内部谐振腔由增益芯片的两个自然解理面构成,以支撑整个系统工作在特定波长。外部谐振腔由增益芯片的一个自然解理面和光栅构成,可实现969.1~977.9 nm的工作波长范围。最终该系统基于单个增益芯片和单个光栅实现了同步双波长输出,双波长的频率差在THz范围。本研究有望为实现双波长差频太赫兹源提供一种可能的解决方案。     

外部光反馈作用下垂直腔面发射激光器的电光特性

研究了外部光反馈对垂直腔面发射激光器（VCSELs）电光特性的影响。通过计算光反馈参数对比了VCSELs与边发射激光器（EELs）的光反馈灵敏性。基于复合腔理论计算了存在外部光反馈时垂直腔面发射激光器的阈值电流及斜率效率等电光特性参数。实验结果表明,分布布拉格反射镜（DBR）反射率不同的VCSEL,在反馈率为10%的外部光反馈作用下,其阈值电流及斜率效率发生了不同程度的变化。实验结果有效验证了理论计算的结论。     

微型铷原子钟专用795nm垂直腔表面发射激光器

针对铷(87 Rb)原子钟激励光源微型化和高温工作的特殊需求,设计并制备了对应铷原子能级跃迁的795nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。首先,根据k·p理论计算了InAlGaAs/AlGaAs量子阱的价带能级和材料增益,得到最优的量子阱组分和厚度;然后,采用一维传输矩阵方法设计了795nm波段的布拉格反射器(DBR),根据完整结构VCSEL器件的驻波场分布设计了掺杂分布;最后,采用金属有机气相外延(MOVPE)技术生长了优化的795nm VCSEL外延结构,并制备了氧化限制型非闭合台面结构的795nm顶发射器件。实验显示:封装后的75μm口径器件可在室温至85℃范围内连续工作,最高功率为17mW,激光光束呈圆形,发散角为15°,激射波长的温漂系数为0.064nm/℃;在温度为52℃、注入电流为100mA时,激射波长位于794.7nm(对应铷原子钟需要的波长),基本满足铷原子钟激励光源对波长稳定和高温工作的要求。     

大功率半导体激光器腔面膜的场强分布优化

为了提高半导体激光器腔面膜的激光损伤阈值,进而提高激光器输出功率,对激光器的灾变性光学镜面损伤产生的原因进行了探讨。根据损伤原理,将高反膜中场强最大处移出界面,采用光学传输矩阵,对厚度连续变化的界面场强和反射率进行了计算,得到优化高反膜系,优化膜系减小了界面处的光场对薄膜的损伤。采用改进后束流密度更大的LaB6作为阴极原位等离子源,对离子源清洗的参数进行了优化。薄膜制备前期使用离子清洗的方法在真空环境下对腔面进行去氧化,在制备过程中使用电子束蒸发离子源辅助沉积,并测试了薄膜在高温高湿环境下的稳定性。使用该优化的膜系和清洗方法制备的半导体激光器,在准连续输出时,功率由4.6 W提升到了7.02W,工作电流由5A提升到了8A。     

浅面浮雕矩形台面垂直腔面发射半导体激光器

为实现垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)大功率窄线宽输出,设计了浅面浮雕矩形台面结构的垂直腔面发射激光器(SR VCSEL)。电流密度分布会影响模式的分布,模拟结果表明,矩形台面VCSEL相比于圆形台面VCSEL,在有源区面积增大的情况下,电流密度分布不变。在矩形台面VCSEL出光孔表面刻蚀浅面浮雕后,高阶模式比基模的阈值增益的变化大,基模对高阶模式的抑制增强。理论结果表明,矩形浅面浮雕结构的VCSEL能够实现对高阶模式的抑制,测试结果得到连续输出为5.87mW,光谱宽度为0.1nm,功率偏振度为10,横向模式抑制比超过30dB的窄线宽输出。