控制激光作用的物理機(jī)制產(chǎn)生本質(zhì)上光譜狹窄的發(fā)光源，量子級聯(lián)(QC)激光器也不例外骡男。QC激光器淆游，特別是因為它依賴于導(dǎo)帶內(nèi)受限電子態(tài)之間的子帶間發(fā)射，產(chǎn)生比帶間或其他激光源更窄的增益譜。
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超寬帶(3.3 - 12.5μm)單棧量子級聯(lián)增益介質(zhì)
自二十多年前發(fā)明以來，QC激光器由于其緊湊性腊脱，穩(wěn)健性和高性能(高輸出功率访得，可調(diào)性和波長可定制性)而成為許多實際應(yīng)用中備受追捧的中紅外源。然而陕凹，有光譜應(yīng)用(如生物學(xué))悍抑，其中分子的吸收特征是廣泛的，因此需要單一激光源的寬波長可調(diào)性捆姜。為了實現(xiàn)廣泛的可調(diào)性传趾，已經(jīng)報道了各種方法，如所謂的“綁定到連續(xù)體”和“連續(xù)到連續(xù)體”設(shè)計泥技，以及多個增益介質(zhì)的堆疊浆兰。
在這里，我們通過設(shè)計一種單堆棧增益介質(zhì)來實現(xiàn)寬增益發(fā)射珊豹，該介質(zhì)結(jié)合了QC激光器中兩個相對較新的簸呈、不同的帶結(jié)構(gòu)設(shè)計概念:注入器基態(tài)與上激光態(tài)的超強(qiáng)耦合和超短注入器區(qū)域。
圖1
我們的活動巖心設(shè)計(圖1(a))采用了一個兩井注入器店茶，通過超薄屏障(0.8nm)將其與三井活動區(qū)域隔開蜕便。采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和分子束外延(MBE)兩種方法，在低摻雜InP:S襯底上生長出具有100次重復(fù)活性注入?yún)^(qū)的應(yīng)變平衡InGaAs/InAlAs激光結(jié)構(gòu)贩幻。
電致發(fā)光器件采用深蝕刻轿腺、直徑130μm的半圓形平臺，頂部觸點為Ti/Pt/Au丛楚，底部觸點為退火的Ge/Au/Ni/Au族壳，并覆蓋Ti/Au。將Fabry-Perot激光器制作成雙溝槽深蝕刻脊波導(dǎo)激光器趣些，采用380nm SiNx作為側(cè)壁絕緣仿荆，并向下安裝在復(fù)合金剛石底座上。為了進(jìn)行測試坏平，所有的臺面和激光設(shè)備都安裝在AlN上的直接結(jié)合銅襯底上拢操。
電致發(fā)光(EL)光譜在不同溫度和脈沖電流(80kHz重復(fù)頻率;脈沖寬度100-500ns)，使用傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀進(jìn)行步進(jìn)掃描模式和ln2冷卻MCT探測器舶替，波長截止為12.5μm令境。在快速掃描模式下，使用相同的FTIR設(shè)置獲得激光光譜顾瞪。脈沖(200 ns;使用室溫MCT檢測器在80-300K的溫度范圍內(nèi)測量了光電流-電壓(LIV)特性舔庶。
圖2
該設(shè)計在80K和297K下顯示了超寬增益光譜(圖2(a)和(b))返劲，跨度超過一個倍頻程(從3.3μm到12.5μm)。從圖2(a)中隨偏置場和電流增加的光譜演變可以看出栖茉，在80K時篮绿，單個躍遷更加清晰。從80K時IV曲線上的兩個開啟區(qū)域(圖1 (b))來看吕漂，超短注入器和超強(qiáng)耦合狀態(tài)所導(dǎo)致的明顯轉(zhuǎn)變也更為明顯亲配。偏振相關(guān)的測量進(jìn)行了確認(rèn)子帶間發(fā)射。此外惶凝，通過MOCVD和MBE進(jìn)行了兩個獨立的生長吼虎，并進(jìn)行了仔細(xì)的成像，以證明寬帶發(fā)射是設(shè)計固有的苍鲜，而不是不均勻或不均勻生長的結(jié)果思灰。
圖3
圖3(a)所示的溫度依賴性LIV特性是脊寬為14.8μm，腔長為2.5mm的激光器混滔。激光在180K和297K分別發(fā)射出2.4W和490mW的光譜集成峰值功率洒疚。該激光器具有129K的特征溫度(T0)和較大的翻滾電流密度，表明由于超短注入器提高了電流注入效率坯屿。在80kV/cm偏置場下油湖，激光光譜顯示出以10.2μm、8.8μm和7.7μm為中心的三組模式领跛。
EL測量表明乏德，在寬范圍的工作場和溫度(80K-300K)下，單堆疊量子級聯(lián)增益介質(zhì)的波長發(fā)射跨越超過一個倍程(3.3 μ m至12.5 μ m)吠昭。利用這種增益介質(zhì)制備的As-cleaved ridge激光器在室溫下的輸出功率可達(dá)100mw喊括，激光發(fā)射距離可達(dá)3μm(從7.4μm到12.1μm)。
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