人們直接在Fabry-Perot型量子級聯(lián)（QC）激光脊上進(jìn)行離子銑削的分布式布拉格反射器（DBR）在器件制造和加工后的影響碳胳，并觀察到光譜全寬半Max值（FWHM）降低了10倍以上，Max側(cè)模抑制比（SMSR）保持在峰值光功率下赠摇。正如模型所預(yù)測的那樣固逗，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證浅蚪，在3mm長的激光脊上存在一個(gè)“佳點(diǎn)”藕帜，約200μm，并且由光柵深度設(shè)置的光譜狹窄和輸出功率之間的權(quán)衡從1.8μm到2.5μm不等惜傲。
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分布式Bragg反射器量子級聯(lián)激光器（1）
量子級聯(lián)（QC）激光器是基于半導(dǎo)體的中紅外光源盗誊，通過帶隙工程設(shè)計(jì)时甚，由于其緊湊的尺寸，提供了有前途的應(yīng)用哈踱。工作范圍大荒适，輸出功率大。盡管Fabry-Perot型QC激光器具有高產(chǎn)量和高成本效益开镣，但由于端面的波長無關(guān)反射率刀诬，其光譜輸出相對較寬。此外邪财，隨著注入電流的增加陕壹，由于腔內(nèi)空間和光譜燒孔等非線性，譜寬一般會增加一個(gè)數(shù)量級以上树埠。然而糠馆，在各種應(yīng)用中，如醫(yī)學(xué)中的激光輔助手術(shù)或防御對策中怎憋，需要窄帶又碌，高功率操作的QC激光器。
在QC激光器中绊袋，通過多種方法實(shí)現(xiàn)ji端光譜窄化到單模工作毕匀，包括將分布式反饋（DFB）光柵集成到激光腔中，利用外腔（EC）或通過單片耦合腔設(shè)計(jì)愤炸。具有深蝕刻光子帶隙反射鏡（PBGM）和高反射分布式布拉格反射鏡（DBRs）的QC激光器先前已被證明期揪，但沒有提供更大的調(diào)諧范圍。zui近的另一種方法是在QC激光脊中引入一個(gè)電隔離的淺蝕刻DBR部分规个，以允許在更長的光譜范圍內(nèi)調(diào)諧設(shè)備凤薛。然而姓建，上述應(yīng)用不需要單模操作，并且在高注入電流和光功率下防止光譜展寬被認(rèn)為是足夠的缤苫，特別是如果它不會產(chǎn)生功率或閾值的懲罰速兔。
在這里，我們報(bào)告了具有窄帶輸出到峰值光功率的QC激光器的制造和演示活玲，即在整個(gè)動態(tài)電流范圍內(nèi)涣狗，通過應(yīng)用DBR光柵，在4.5μm處保持光譜展寬小于5 cm-1舒憾。在實(shí)驗(yàn)演示中镀钓，我們應(yīng)用光柵后，充分表征了激光的電子和光譜镀迂，即后期制作丁溅，通過聚焦離子束（FIB）銑削。
光柵可以建模為具有周期性折射率變化的多層波導(dǎo)探遵，其反射率取決于溝槽的數(shù)量和尺寸窟赏，通過二維有限元法（2D-FEM）進(jìn)行模擬。該結(jié)構(gòu)的行為就像一個(gè)分布式的反射鏡箱季，其頻率位于所得到的反射率阻帶內(nèi)涯穷，以布拉格波長為中心，將它們反射回腔中藏雏。
其他頻率將隨后遭受更大的反射鏡損失在劈裂后界面拷况，因此具有更高的激光閾值。光柵周期決定了反射率阻帶的中心波長诉稍，因此根據(jù)2 B eff Β n Λ Λ =蝠嘉，其中B Λ為布拉格波長，eff n為有效折射率杯巨，Β Λ為光柵周期蚤告。光柵的深度、輪廓服爷、占空比和總長度等參數(shù)也會影響光柵的耦合強(qiáng)度杜恰。
圖1
圖1為該結(jié)構(gòu)的仿真圖，其中布拉格周期為0.7μ B Λ = m仍源，對應(yīng)的布拉格波長為Λ B = 4.5μm和3.214心褐。圖1(a)為該結(jié)構(gòu)的模擬反射率，其中未銑削區(qū)域的折射率設(shè)為n = 3.214笼踩。紅逗爹、藍(lán)、綠三色曲線表示在一定光柵長度和深度范圍內(nèi)的反射率阻帶嚎于。圖1(a)的插入部分顯示了使用長200μm掘而、深2.5μm光柵前后QC脊?fàn)罴す馄鞯墓庾V輸出挟冠。指數(shù)對比度Δn = 0.02和0.08分別對應(yīng)的光柵深度為2.1μm和2.6μm。圖1(b)至1(d)顯示了峰值反射率與光柵長度袍睡、折射率對比度和占空比的關(guān)系知染。圖2顯示了兩個(gè)波長下歸一化強(qiáng)度的表面圖，一個(gè)對應(yīng)于布拉格阻帶的中心波長斑胜，另一個(gè)對應(yīng)于4μm波長控淡，顯示了該結(jié)構(gòu)的波長依賴透射率。
圖2
根據(jù)該模型止潘，較長的光柵在一定長度（約200 μ m或大約285個(gè)周期掺炭，給定用于激光器的參數(shù)）內(nèi)更有利，超過該長度則在延長長度方面沒有優(yōu)勢覆山。在指數(shù)對比的情況下竹伸，表示光柵的深度，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)更深的光柵將有利于Max限度地提高反射率和Min的光譜寬度的阻帶簇宽，只有限制在上包層區(qū)域的厚度。模擬的結(jié)果后來進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探索吧享，發(fā)現(xiàn)很一致魏割。
圖3
在該方法中，通過聚焦離子束（FIB）銑削的無掩模非光刻技術(shù)钢颂，在QC激光器的頂部熔覆層上雕刻光柵钞它。與光刻方法相反，F(xiàn)IB銑削的主要優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)特定脊的個(gè)別激光特性進(jìn)行定制殊鞭。圖3顯示了銑削過程后激光脊的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像遭垛。圖3(b)顯示了橫截面切除后的光柵的放大視圖，說明了由于Ga +離子沉積和蒸發(fā)材料再沉積操灿，特別是在高寬高比特征中锯仪，占空比隨光柵深度的變化。拼接誤差和設(shè)備的有限分辨率也導(dǎo)致了反射率阻帶中心波長的模擬值與實(shí)測值存在差異趾盐。
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