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。     

高功率InGaAs/GaAsP应变量子阱垂直腔面发射激光器列阵

为提高垂直腔面发射激光器(VCSEL)的输出功率,对具有3个In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08应变量子阱结构,发射波长为977nm的VCSEL列阵进行了研究。对量子阱结构进行了优化,选择具有更宽带隙的GaAsP作为势垒材料,计算了In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08量子阱的带阶。对采用In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08和In0.2Ga0.8As/GaAs两种量子阱结构的器件的输出功率进行了理论模拟和比较分析。分别测试了上述两个列阵器件的脉冲峰值功率并利用由开启电压、阈值电流和串联电阻决定的p参数评估了列阵器件的输出性能。实验结果表明,当注入电流为110A时,发光面积为0.005cm2的In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.084×4VCSEL列阵获得了123 W的脉冲峰值功率,比具有相同发光面积的In0.2Ga0.8As/GaAs列阵器件的脉冲峰值功率大13%,前者相应的功率密度和斜率效率分别为45.42kW/cm2和1.11W/A。连续和脉冲工作下的p值分别为15和13,表明器件在两种工作条件下都具有相对较好的输出性能。得到的结果证明,包含3个In0.2Ga0.8As/GaAs0.92P0.08应变量子阱的4×4VCSEL列阵器件能够获得较高的功率输出。     

980nm半导体激光器双布拉格光纤光栅波长锁定器

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响,并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双FBG波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明:高功率非致冷980nm半导体激光器在0～70℃时的波长漂移为0.5nm,边模抑制比达45dB以上,半峰值全宽度1nm。经优化设计的980nm半导体激光器FBG波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。     

用量子阱中的量子点探测热红外光子

工作于 8μm～ 1 2 μm大气窗口的直接带隙 Hg Cd Te成像器可用来遥感活着的动物、暗火和其它发热的物体。然而 ,这种成像器很难做到让所有的像元都具有均匀的响应。目前 ,美国新墨西哥大学、空军研究实验室和陆军研究实验室的研究人员采用一种新的方法 ,并利用成熟的砷化镓工艺来制作探测器 ,从而获得了均匀的响应。这种探测器是用置于一个 In Ga As量子阱中的一些量子点制成的 ,而量子阱则位于一个 Ga As矩阵之中。量子点的尺寸仅为数纳米 ,它们以约为 1× 1 0 -1 1点 /cm2的面积密度 (相当于每点一个电子 )分布在量子阱中。研究过不…     

1.3μmInAsP调制掺杂的MQW激光器

以进一步改善长波长应变多量了阱（MQW）激光器为目的,利用气源分子束外延（MBE）研究了n型和p型调制掺杂两种情况对多量子阱激光器性能的影响,在n型调制掺杂的MQW（MD－MQW）激光器的1200μm长器件上,获得了阈值电源密度低至250A/cm^2,在1．3μmInAsPn型MD－MQW激光器件中,获得了室温时的阈值电流为0.9mA,这是迄今为止对于n型调制掺杂的长波长激光器报导最低的数据。并且是由各种MBE在长波长波段生长的激光器最低的数值,在n型MD－MQW激光器中阈值电流和载流子寿命的降低,可使运转滞后时间减小30％左右,以n型调制掺杂的1.3μmInAsP应变MQW激光器具有很低的功率消耗和很小的运转滞后时间,这对于应用在高密度并行光学互连系统激光列阵上,是很有吸引力的,另一方面,与未掺杂MQW激光器比较,对于p型MD－MQW激光器可以确认,微分增益可增加1．34倍,且与末掺杂MQW激光器比较,运转滞后时间减小20％,这些结果表明,p型调制掺杂很适合于高速激光器。     

采用超晶格的太阳盲紫外光电探测器

美国得克萨斯技术大学的研究人员目前正在利用大带隙器件中的短周期晶格的结构特性制作基于Al Ga In N的太阳盲紫外光电探测器。这种紫外光电探测器具有较高的 AIN含量 ( AIN含量越高 ,器件可响应的波长就越短 ) ,其超晶格的周期为 1 .4nm,这可以形成 2 60 nm的有效带隙。这种简单的台面型二极管是在无表面钝化的蓝宝石上生长的 ,它有两层超晶格层 (一层 n型掺杂层 ,一层 p型掺杂层 ) ,每层超晶格层有 1 5 0对量子阱。平均 AIN含量为 0 .63。经观测 ,在接近零偏压时 ,其暗漏泄电流为 0 .2 p A～ 0 .3p A;对于直径为 2 80μm的器件来说…     

880nm半导体激光器列阵及光纤耦合模块

为了使半导体激光泵浦Nd∶YVO4固体激光器能获得大功率、高光束质量、线偏振的激光输出,利用PICS3D软件设计了InGaAs/GaAs应变量子阱结构,制作了发射波长为880 nm的大功率半导体激光器列阵。该激光器列阵激射区单元宽为100μm,周期为200μm,填充因子为50%,激光器列阵CS封装模块室温连续输出功率达60.8 W,光谱半高全宽(FWHM)为2.4 nm。为进一步改善大功率半导体激光器列阵的光束质量,增加半导体激光端面泵浦功率密度,采用阶梯反射镜组对880 nm大功率半导体激光器列阵进行了光束整形,利用阶梯镜金属表面反射率受近红外波长变化影响小的特点,研制出高稳定性、大功率光纤耦合模块。模块输出功率为44.9 W,光-光耦合效率达73.8%,尾纤芯径Φ为400μm,数值孔径(NA)为0.22。     

金属有机化合物汽相淀积技术制备布拉格反射镜确定外延厚度的方法

外延膜层厚度的精确性对垂直腔面发射激光器(VCSEL)是十分重要的。应用传输矩阵方法分析了厚度偏差对半导体布拉格反射镜(DBR)反射谱的影响,并利用这种影响提出了一种金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)制备布拉格反射镜精确确定外延厚度的方法。据此,应用MOCVD生长了980 nmVCSEL外延片,其反射谱中心波长为982 nm。结果表明,应用这种方法能够实现材料厚度、MOCVD系统生长参数的定标以及为VCSEL的材料生长提供可靠的依据。     

GaAs(110)量子阱材料生长和光学特性

GaAs (110)衬底上生长GaAs外延层时,不同生长条件下存在单层和双层两种生长模式,对应反射高能电子衍射(RHEED)强度振荡呈现出单双周期的变化。通过透射电子显微镜(TEM)、室温和低温光荧光谱(PL谱)对两种生长模式下的样品进行了测量。结果表明,量子阱样品在双层生长模式下光学性能较差,单层生长模式下光学性能比较好,但是量子阱界面会变得粗糙。利用这一特点,采用RHEED强度振荡技术,能够实现在GaAs(110)衬底上生长高质量量子阱。     

机械感生长周期光纤光栅的可调谐环形光纤激光器

将采用机械感生法写制的长周期光纤光栅(MLPFG)串入环形腔中,设计了一种新颖的L波段可调谐环形掺铒光纤激光器(EDFL)。抽运光源为980nm半导体激光器,使用掺铒浓度为5×10-4,长度为12m的铒纤作为增益介质,通过调整待写制光纤与周期性压力槽之间的夹角,改变MLPFG的写制周期,调谐MLPFG透射谱,进而影响环形腔增益最高点,光纤激光器波长可调谐范围可达42nm(1562.465～1604.280nm),激光光谱3dB带宽0.04nm,20dB带宽0.08nm,边模抑制比45dB。长时间观测表明,激光功率稳定性优于0.2dBm。实验显示,该光纤激光器具有带宽较宽,线宽较窄及性能稳定等特点。