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。     

808nm InGaAsP单量子阱激光器激射波长的温度依赖性

采用自行设计的热封闭系统对808nmInGaAsP单量子阱激光器激射波长的温度依赖性进行了实验研究.用恒定电流下增益峰波长的温漂系数a1和恒定温度下增益峰波长随注入电流的漂移系数a2来表征激射波长的温度依赖性.实验表明,激射波长的漂移系数dλ/dT是特征温度T0的函数.T0越高,激射波长的温度依赖性越大.特征温度T0与透明电流Itr下的特征温度TItr相等时,激射波长的漂移系数dλ/dT达到最大值,该值由发热诱使带隙窄化dλg/dT决定.解决高特征温度T0与小的dλ/dT矛盾的一种可能是考虑温度不依赖的漏电流.     

808nm InGaAsP单量子阱激光器激射波长的温度依赖性

采用自行设计的热封闭系统对808nm InGaAsP单量子阱激光器激射波长的温度依赖性进行了实验研究. 用恒定电流下增益峰波长的温漂系数a1和恒定温度下增益峰波长随注入电流的漂移系数a2来表征激射波长的温度依赖性. 实验表明,激射波长的漂移系数dλ／dT是特征温度T0的函数. T0越高,激射波长的温度依赖性越大. 特征温度T0与透明电流Itr下的特征温度TItr相等时,激射波长的漂移系数dλ／dT达到最大值,该值由发热诱使带隙窄化dλg／dT决定. 解决高特征温度T0与小的dλ／dT矛盾的一种可能是考虑温度不依赖的漏电流.     

894 nm高温工作氧化限制型基横模VCSEL研究

针对芯片原子钟（铯）用激光光源系统对垂直腔面发射激光器（VCSEL）模式及工作温度的需求,研制出可以高温工作的氧化限制型基横模 894.6 nm VCSEL。通过缩小VCSEL氧化孔直径至3 μm,限制VCSEL高阶横模激射,保证器件基横模低阈值电流工作。通过常温下腔模与材料增益失谐12 nm 的结构设计,使器件能够在50~65 ℃ 高温时,激射波长对准原子能级且工作模式稳定。实验所制备的VCSEL在工作温度为55 ℃、注入电流1.8 mA 时,激射波长达到 894.6 nm,边模抑制比（SMSR）大于35 dB,基横模功率为0.75 mW,具有11.4°的远场发射角。当温度为65 ℃时,器件SMSR大于25 dB,基横模功率大于0.1 mW。该高温基横模工作的VCSEL在芯片原子钟中具有重要的应用前景。     

隧道再生结构的垂直腔面发射激光器激射特性研究

对隧道再生多有源区内腔接触式垂直腔面发射激光器(VCSEL)材料特性进行了实验研究,得到了VCSEL外延片量子阱增益谱峰值波长、谐振腔谐振波长、DBR反射谱中心波长及材料的生长厚度偏差等重要信息。如果谐振腔谐振波长比增益谱峰值波长长20nm以上,阈值条件很难得到满足,器件很难实现激射。符合模拟参数生长的双有源区隧道再生VCSEL实现了室温激射。氧化孔径8.3μm器件,在11mA注入电流下,获得5mW的输出功率,斜率效率0.702mW/mA,激射波长970nm。     

基于氮化镓的通信波段可调DFB激光器的研究

为了利用悬空的周期可调光栅控制激光器的波长输出,采用了微机电系统技术中微驱动器与分布反馈激光器光栅相结合的结构,根据严格耦合波理论和介质平板波导理论,针对光通信的C波段,利用有限元软件COMSOL,建立了基于氮化镓的波长可调分布反馈激光器2维稳态模型。分析了1550nm处2维电场模式图以及激射波长线宽图,得到了激射波长与光栅周期的对应关系。结果表明,在光栅厚度、高度以及增益层厚度等结构参量一定的情况下,激射波长与光栅周期呈现与理论分析基本一致的似线性关系。该研究为该器件设计以及制备的后期工作开展提供了理论指导意义。     

完全MBE生产长的内含吸收型光栅GaAlAs／GaAs多量子阱增益耦合型...

我们首次完全采用ＭＢＥ技术成功地制作了内含吸收型光栅的ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ量子阱增益耦合型分布反馈式半导体激光器，激光器在室温下的激射波长为８６０ｎｍ，单模单端输出光脉冲峰值功率超过２０ｍＷ。器件在至少０－８０℃的范围内始终保持单纵模激射，作为初步结果，条宽为５－６μｍ的氧化物条件形结构器件的脉冲工作阈值电流约为７００ｍＡ。     

外腔半导体激光器激射波长温度稳定性的研究

在考虑了光纤光栅(FG)的相位分布之后,根据光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)所满足的阈值条件,从理论上研究了前端面反射率对光纤光栅长外腔半导体激光器(LECFGSL)激射波长温度稳定性的影响.数值模拟的结果表明:随着温度的变化,LECFGSL的激射波长围绕光栅布拉格反射波长上下波动,激光器前端面反射率对激射波长波动幅度有较大的影响,当前端面反射率＜10-4时,激射波长与光栅布拉格反射波长基本一致,其温度稳定性较好.     

InGaAs量子点激光器光增益的温度特性

研究了非耦合多层InGaAs量子点材料光增益的温度特性，并与InGaAs单量子阱材料进行了对比，发现In-GaAs量子点表现出更好的增益温度稳定性，同时发现随着温度升高，在140－200K湿度范围内，InGaAs量子点增益峰值首先增大，当温度超过200K后开始减小，对这种增益特性的产生机制进行了分析，增益曲线峰值波长随温度升高单调地向长波长方向移动，与量子阱材料相比具有更好的温度稳定性。     

非统一多量子阱波长可选DFB激光器

报道了一种单片集成的串联DFB激光器芯片,在合适工作条件下,可以在疏波分复用(CWDM)的两个信道波长激射。芯片通过非统一多量子阱有源区拓宽材料增益谱,给DFB激光器的纯折射率光栅引入弱增益耦合,提高DFB激光器的动态单模特性。芯片采用普通DFB激光器的制备工艺制备,工艺简单成本低,重复性高。测试结果表明,芯片能够在1.51μm和1.53μm两个波长激射,出光功率均能达到6mW以上,边模抑制比均达到40dB。     

取样光栅分布反馈激光器阵列器件研究

采用了一种基于取样光栅原理制作多通道增益-折射率耦合型光栅的方法,成功制作了8波长分布反馈(DFB)激光器阵列,阵列中各激光器的阈值电流为30～40 mA,注入电流为100 mA时的平均输出光功率为10mW,阵列器件实现了波长的可选择性激射,相邻激光器间的频率间距为200 GHz,验证了用取样光栅方法制作DFB激光器阵列的可行性。     

两段式DFB激光器波长调谐特性分析

利用耦合波方程,对两段式DFB激光器进行理论分析,得出了激光器激射工作时两段载流子浓度和激射波长之间所满足的隐含表达式。作为特例,分析了吸收型器件在两段等长情况下的阈值载流子浓度变化和波长调谐特性。     

完全 MBE 生长的内含吸收型光栅 GaAlAs／GaAs 多量子阱增益耦合型分布反馈式半导体激光器

我们首次完全采用ＭＢＥ技术成功地制作了内含吸收型光栅的ＧａＡＩＡｓ／ＧａＡｓ量子阶增益耦合型分布反馈式半导体激光器．激光器在室温下的激射波长为８６０ｕｍ，单模单端输出光脉冲峰值功率超过２０ｍＷ．器件在至少０℃到８０℃的范围内始终保持单纵模激射．作为初步结果，条宽为５～６μｍ的氧化物条形结构器件的脉冲工作阈值电流约为７００ｍＡ．     

基于DMD滤波器的波长间隔可调谐的双波长单纵模光纤环形激光器

提出一种稳定的波长间隔可调谐的双波长单纵模环形光纤激光器。在复合环形谐振腔中,采用由数字微镜装置（DMD）滤波器和两个不同长度的次级环形谐振腔组成的多重滤波的方式来选择激光器的工作模式。其中,DMD滤波器可以从掺铒光纤的自发增益谱中任意选择两个波长并将它们耦合进光路中;次级环形谐振腔作为模式滤波器,可以保证激光器输出单纵模激射;利用非线性光子晶体光纤（HN-PCF）的四波混频（FWM）效应,使激光器输出均衡平稳的双波长激射。在室温条件下,不用移动实验装置中的任何器件,通过将位置不同的光栅映射在DMD滤波器上来实现双波长间隔可调谐,调谐范围为0.165nm到1.08nm,调谐步长为0.055nm。     

分段压缩-平面复合腔激光器的纵模-温度锁定效应

本文分析了复合腔半导体激光器波导的非连续性对纵模阈值增益的影响.复合腔对传输光模的干涉效应使有效反射率R_(eff)~2和激光器的阈值增益随波长有一定的分布,当温度变化增益峰移动时,一些邻近模式间的跃变被抑止,这就增加了激光器以稳定的单纵模输出的温度范围.在我们研制的分段压缩-平面复合腔激光器(SCP)中初步观察到了这一效应.纵模温度锁定的范围为 4℃.在这一温度区间,激射波长随温度的变化率分别为 0.6A /℃(21-25℃)和0.2A/℃(35—39℃).     

基于DMD滤波器的波长间隔可调谐的双波长单纵模光纤环形激光器（英文）

提出一种稳定的波长间隔可调谐的双波长单纵模环形光纤激光器.在复合环形谐振腔中,采用由数字微镜装置(DMD)滤波器和两个不同长度的次级环形谐振腔组成的多重滤波的方式来选择激光器的工作模式.其中,DMD滤波器可以从掺铒光纤的自发增益谱中任意选择两个波长并将它们耦合进光路中;次级环形谐振腔作为模式滤波器,可以保证激光器输出单纵模激射;利用非线性光子晶体光纤(HN-PCF)的四波混频(FWM)效应,使激光器输出均衡平稳的双波长激射.在室温条件下,不用移动实验装置中的任何器件,通过将位置不同的光栅映射在DMD滤波器上来实现双波长间隔可调谐,调谐范围为0.165 nm到1.08 nm,调谐步长为0.055 nm.     

实现激光二极管激射波长稳定的新技术

<正> 据美刊《光纤产品新闻》1993年9月载,最近日本松下公司的研究人员实验创造出一项使激光二极管激射波长稳定的新技术。他们通过实验发现,采用最佳设计厚度的端面涂敷膜,使激光二极管的阈值增益与波长发生显著关系,最后可实现波长稳定的目的,而且阈值增益与波长的关系越显著,达到的波长稳定性就越高。目前他们为使端面反射率与波长相关灵敏从而使阈值增益在几十nm的大波长范围内与波长有关而采取超过20倍的常规端面涂敷厚度进行     

耦合垂直腔面发射激光器的阈值及输出特性

针对耦合垂直腔面发射激光器,利用边界条件,结合激光器的中间DBR层的耦合传输矩阵,推导出了不同激射波长工作时,两腔内光场应满足的方程,由此得到两腔光子之间的耦合因子,然后结合稳态载流子速率方程,按照激射波长,得出了器件的四种工作状态,并详细地讨论了顶腔和底腔注入电流对器件输出特性的影响.     

DFB半导体激光器的非简并四波混频理论分析

建立λ/4相移的DFB-LD的非简并四波混频模型,由耦合波方程分析了信号光、共轭光的前向、后向光波形式,突破以往忽略各光波的反射成分造成的缺陷.在中度耦合系数等条件下得到泵浦光强分布图和信号光、共轭光的透射增益和反射增益图,结果表明泵浦-信号光失谐频率在4THz范围内能获得-20dB以上的波长转换效率.     

基于布拉格反射镜的单模太赫兹量子级联激光器

常规的分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器中，增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2，以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器（THz-QCL），并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构，利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔，利用有源区增益谱较窄的特点，通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠，从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距，即显著提高了激光器中增益区域的长度，从而降低阈值并提高功率特性。实验上，作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器，单模激射的频率为2.7 THz，边模抑制比达到25 dB，该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。