中紅外光譜范圍是特別感興趣的應(yīng)用刻诊，如氣體分析和化學(xué)傳感量子級(jí)聯(lián)QC激光器是通用的中紅外光源防楷，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)可以從2.7到2.4 um設(shè)計(jì)。在許多應(yīng)用中需要較寬的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍则涯。目前流行的QC激光器調(diào)諧技術(shù)基本上是基于溫度調(diào)諧或機(jī)械調(diào)諧复局。前者具有非常有限的調(diào)諧范圍10 cm?1在TE冷卻器溫度范圍內(nèi)的調(diào)諧速率0.1-0.13 cm?1 /K。后者調(diào)節(jié)范圍寬;然而粟判，設(shè)置需要良好對(duì)齊的外部組件亿昏。另一種方法是通過(guò)簡(jiǎn)單地改變施加在QC激光器上的電壓來(lái)調(diào)整激光光譜。廣泛電壓可調(diào)諧的子帶間電致發(fā)光EL已在各種QC激光器設(shè)計(jì)中觀(guān)察到由于耦合量子阱中的Stark效應(yīng)档礁，調(diào)諧范圍約為100-200 cm?1此外角钩，為了實(shí)現(xiàn)廣泛可調(diào)諧的單模QC激光器，寬增益譜是必不可少的呻澜。非均勻有源區(qū)或結(jié)合連續(xù)體設(shè)計(jì)可用于實(shí)現(xiàn)寬增益譜递礼。然而，兩者都是以犧牲峰值增益為代價(jià)的羹幸。另一方面脊髓，QC激光增益光譜的電壓調(diào)諧覆蓋了很寬的波長(zhǎng)范圍，而不犧牲峰值增益栅受，因?yàn)樗诤軐挼姆秶鷥?nèi)調(diào)諧窄增益光譜将硝。
基于“兩步”耦合的寬電壓可調(diào)量子級(jí)聯(lián)激光器
在之前的研究中依疼，基于反交叉垂直和對(duì)角躍遷以及光子輔助對(duì)角躍遷的主流QC激光器設(shè)計(jì)的電壓可調(diào)性，所有設(shè)計(jì)都顯示電壓可調(diào)的EL闸衫。然而涛贯，基于反交叉垂直躍遷和光子輔助對(duì)角躍遷的激光器不能在閾值以上調(diào)諧，而基于反交叉對(duì)角躍遷有源區(qū)的激光器在80 K時(shí)的調(diào)諧范圍在閾值以上約30 cm?1蔚出，遠(yuǎn)小于EL在相同電壓范圍內(nèi)的60-70 cm?1弟翘。激光器調(diào)諧范圍小的原因在于驅(qū)動(dòng)電子穿過(guò)有源區(qū)的受激輻射在傳統(tǒng)的QC激光器設(shè)計(jì)中，大部分電子都聚集在z低注入態(tài)和z高激光態(tài)骄酗。在閾值以下稀余，電子主要通過(guò)縱向光學(xué)LO聲子散射穿越有源區(qū)。在閾值以上趋翻，隨著腔內(nèi)的光強(qiáng)變得越來(lái)越強(qiáng)睛琳，電子通過(guò)受激輻射在活躍區(qū)域的傳輸速度越來(lái)越快。因此，在有源區(qū)域上的電壓不再增加得那么快师骗。
圖1
我們展示了一種基于注入器和有源區(qū)域之間“兩步”耦合的新型QC激光器設(shè)計(jì)历等，通過(guò)簡(jiǎn)單地改變施加電壓，為高于閾值的激光器提供寬波長(zhǎng)調(diào)諧范圍辟癌。該設(shè)計(jì)的導(dǎo)帶部分如圖1所示寒屯。它是基于雙聲子共振對(duì)角躍遷有源區(qū)。在注入器基態(tài)g和上層激光態(tài)u之間插入一個(gè)耦合態(tài)c黍少。以L(fǎng)O聲子散射為主的從注入態(tài)到耦合態(tài)的散射壽命約為1.5 ps寡夹，而上激光態(tài)的散射壽命約為3 ps。這樣厂置，當(dāng)施加電壓增加時(shí)菩掏，電子通過(guò)閾值以上的受激發(fā)射穿越有源區(qū)的速度減慢，使得有源區(qū)的差分電阻下降速度不如傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的快昵济。此外智绸，耦合態(tài)與上激光態(tài)強(qiáng)耦合，共振時(shí)產(chǎn)生約11.2 meV的能量分裂砸紊。所有這些特征導(dǎo)致了一個(gè)更大的動(dòng)態(tài)電壓范圍超過(guò)有效區(qū)閾值以上传于。
在脈沖模式下測(cè)量了臺(tái)面和激光器的EL，脈沖寬度分別為100或45 ns醉顽，重復(fù)頻率為80 kHz沼溜，使用傅里葉變換紅外光譜儀與冷卻的HgCdTe探測(cè)器。在相同的條件下游添，測(cè)量了閾值以上的激光光譜系草。低占空比確保測(cè)量結(jié)果不受熱效應(yīng)的影響，如熱調(diào)諧唆涝。
圖2
圖2a顯示了在室溫295 K下臺(tái)面的電致發(fā)光值作為每級(jí)電壓的函數(shù)找都。如果有必要，可以用對(duì)原始數(shù)據(jù)擬合多個(gè)洛倫茲峰來(lái)確定EL的峰波數(shù)激光從閾值到功率翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的光譜如圖所示廊酣。為了確定激光光譜的調(diào)諧趨勢(shì)能耻，我們?cè)诜逯祻?qiáng)度的10%高度測(cè)量了兩側(cè)的波數(shù)，并提取了激光波數(shù)的中點(diǎn)值亡驰，該方法的有效性將在后面討論晓猛。圖3顯示了EL峰值和激光波數(shù)，它們是每級(jí)電壓的函數(shù)凡辱。EL的調(diào)諧速率為700 cm?1 /V戒职，與自一致Schr?dinger-Poisson求解器的計(jì)算結(jié)果吻合良好，如圖3所示透乾。激光光譜在閾值以下可調(diào)諧洪燥，在閾值處可調(diào)諧性降低磕秤。可調(diào)性恢復(fù)20%以上的閾值電流密度捧韵。閾值以上激光光譜的調(diào)諧速率甚至高于EL市咆，約為900 cm?1 /V。激光在閾值以上的總調(diào)諧范圍約為80 ~ 100 cm?1再来，與EL在相同電壓范圍內(nèi)的調(diào)諧范圍一樣寬床绪。
圖3
為了將上述方法得到的激光波數(shù)與激光增益光譜的峰值波數(shù)進(jìn)行比較，我們從閾值以下和閾值以上與激光脊方向正交的方向測(cè)量了EL其弊。從這種激光器測(cè)量到的高于閾值的典型EL如圖4的插圖所示。狹窄的發(fā)射峰是由激光腔內(nèi)缺陷散射激發(fā)的膀斋。為了得到EL峰梭伐，將激光發(fā)射峰去除，其余數(shù)據(jù)用多個(gè)洛倫茲量擬合仰担。增益譜的峰值波數(shù)由擬合曲線(xiàn)的峰值決定糊识。圖4比較了用上述方法得到的典型激光器的增益譜峰和激光波數(shù)隨注入電流的變化情況∷だ叮可以看到它們顯示出幾乎相同的波數(shù)和調(diào)諧行為赂苗。
圖4
從激光光譜的調(diào)諧行為可以得出結(jié)論，這種設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的反交叉對(duì)角線(xiàn)設(shè)計(jì)具有更早的恢復(fù)可調(diào)諧性如前所述贮尉，原因在于兩步注入方案拌滋。激光仍能在閾值，如圖5a_x0005_猜谚，表明由于受激發(fā)射败砂，激光上態(tài)壽命急劇下降，包括散射壽命和受激發(fā)射壽命魏铅。然而昌犹，隨壽命的減小，直至小于注入器狀態(tài)和耦合狀態(tài)之間的散射壽命览芳，更多的電子將在注入器中積累斜姥，而上層激光狀態(tài)和耦合狀態(tài)中的電子將減少。因此沧竟，光強(qiáng)的增加速度不如施加電壓的增加速度快;因此铸敏，壽命的下降和有源區(qū)域上的微分電阻減慢。采用兩步耦合設(shè)計(jì)的速率方程模型和從Schr?dinger-Poisson求解器獲得的參數(shù)11進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)的壽命的計(jì)算結(jié)果可以驗(yàn)證這一點(diǎn)屯仗，如圖5b搞坝。激光上態(tài)壽命的減小和電子在注入器內(nèi)的積累的減緩，導(dǎo)致在有源區(qū)電壓升高較高魁袜，而在注入器上電壓升高較低桩撮。此外敦第，與傳統(tǒng)的反交叉對(duì)角線(xiàn)設(shè)計(jì)相比，該設(shè)計(jì)具有更大的動(dòng)態(tài)電壓范圍店量，這可以從圖中所示的光電壓電流密度特性中看出芜果。5a_x0005_。從激光閾值到翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的電壓范圍幾乎是閾值處施加電壓的30%融师，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)則小于10%簡(jiǎn)單地說(shuō)右钾，更大的電壓動(dòng)態(tài)范圍和在有源區(qū)域上更大的電壓增加有助于更寬的電壓誘導(dǎo)波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，即100 cm?1旱爆。
圖5
在實(shí)際應(yīng)用中舀射，質(zhì)量控制激光器的性能一直是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題』陈祝基于兩步耦合設(shè)計(jì)的激光器具有可比較的輸出功率超過(guò)1.4 W雙面輸出脆烟，從一個(gè)3毫米長(zhǎng)，15 米寬的峰激光器和斜率效率1W/ a以及溫度性能T0=170 K與同類(lèi)波長(zhǎng)的z佳QC激光器然而房待，在T=295 K時(shí)邢羔，它們顯示出更高的閾值電流密度3.5 kA/cm2。我們將此歸因于早期的導(dǎo)通電壓和伴隨的泄漏電流桑孩，因?yàn)樵隈詈蠣顟B(tài)和注入器狀態(tài)之間實(shí)現(xiàn)強(qiáng)隧穿之前拜鹤，電子從耦合狀態(tài)躍遷到活性區(qū)域的較低狀態(tài)。對(duì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)將優(yōu)化增益以獲得較低的施加電壓并降低摻雜密度流椒。
了解更多詳情敏簿，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)上海昊量光電的官方網(wǎng)頁(yè)：
http://www.wjjzl.com/three-level-106.html
更多詳情請(qǐng)聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電
關(guān)于昊量光電：
上海昊量光電設(shè)備有限公司是光電產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)代理商，產(chǎn)品包括各類(lèi)激光器宣虾、光電調(diào)制器极谊、光學(xué)測(cè)量設(shè)備、光學(xué)元件等安岂，涉及應(yīng)用涵蓋了材料加工轻猖、光通訊、生物醫(yī)療域那、科學(xué)研究咙边、國(guó)防、量子光學(xué)次员、生物顯微败许、物聯(lián)傳感、激光制造等淑蔚；可為客戶(hù)提供完整的設(shè)備安裝市殷，培訓(xùn)，硬件開(kāi)發(fā)刹衫，軟件開(kāi)發(fā)醋寝，系統(tǒng)集成等服務(wù)搞挣。
您可以通過(guò)我們昊量光電的官方網(wǎng)站www.wjjzl.com了解更多的產(chǎn)品信息，或直接來(lái)電咨詢(xún)4006-888-532音羞。
展示全部 
