二阶分布反馈太赫兹量子级联激光器的光学特性

太赫兹量子级联激光器(THz QCL)的增益谱较宽,使用普通法布里-珀罗腔时一般为多纵模激射。二阶分布反馈THz QCL可利用表面辐射损耗消除模式简并,实现单纵模激射。采用耦合模理论对单面金属波导二阶分布反馈THz QCL基本参数的计算公式进行了理论推导,并研究了光栅结构参数对其耦合系数、阈值增益、光子密度及外微分量子效率等参数的影响。在以自然解理面为端面的波导上刻蚀占空比约为0.15、有源区深度为0.5μm的光栅时,激光器的阈值增益较低,腔内光子密度分布相对均匀,能够实现单纵模激射。     

侧向微结构宽脊波导分布反馈1.06μm半导体激光器

为了改善宽脊波导半导体激光器侧模特性和光谱特性,提出了一种具有侧向微结构脊波导和高阶脊表面光栅的分布反馈半导体激光器.该激光器在宽脊波导的两侧刻蚀微结构区,基于各阶侧模光场分布不同的特性,增大了谐振腔内基侧模与高阶侧模的损耗差,消除了远场光斑"多瓣"现象并且输出功率有所提升;同时,借助高阶脊表面光栅,器件的线宽得到了进...     

太赫兹量子级联激光器频率梳的色散

群速度色散会限制太赫兹量子级联激光器频率梳的稳定以及频谱宽度.对于太赫兹量子级联激光器频率梳,其色散主要由器件增益、波导损耗、材料损耗引起.研究基于4.2 THz量子级联激光器双面金属波导结构,通过建立德鲁德模型,利用有限元法计算了激光器的波导损耗;器件未钳制的增益由费米黄金定则计算得到,结合增益钳制效应,计算了器件子带电子跃迁吸收以及镜面损耗,得到了器件钳制后的增益;利用Kramers-Kronig关系得到了器件的增益、波导损耗、材料损耗引起的色散,结果表明器件的激射区域存在非常严重的色散(–8×10~5—8×10~5 fs~2/mm).同时,计算了一种基于Gires-Tournois干涉仪结构的色散,结果表明,该结构的色散具有周期性,可以用于太赫兹量子级联激光器的色散补偿.     

GRINSCH—SQW激光器波导特性的数值分析

采用折射率台阶近似法将梯度折射率分别限制异质结单量子阱(GRINSCH—SQW)激光器波导结构中的缓变折射率层离散成折射率近似为常数的亚层,从而推导出此波导的近似本征方程,并用数值计算求解出波导对于基模的等效折射率。在此基础上,通过计算波导中垂直于激光器结平面方向上的光强近场分布,计算出与激光器的阈值电流有密切关系的光学常数——激光器有源层的光限制因子P以及各种波导结构参数对P的影响,同时计算了激光器的远场图形。计算结果可用于GRINSCH-SQW激光器波导结构参数的优化设计。     

大功率1060nm双沟脊波导分布反馈激光器

研制了双沟型脊波导结构的1 060 nm分布反馈激光器.和普通脊波导激光器相比,该器件能提高在连续条件下的侧模稳定性.单模最大输出功率达到300 mW边模抑制比大于45 dB.采用该激光器进行泵浦周期性极化铌酸锂晶体倍频实验,得到的绿光功率为3 mW,该方案将成为低成本绿光光源实现方案.     

锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究

针对锥形太赫兹量子级联激光器, 利用有限差分波束传播法和速率方程法, 建立了准三维的太赫兹有源器件仿真模型, 能够对具有轴向非线性波导结构的激光器进行模拟. 利用此模型, 研究了锥角大小对激光器输出光功率及光束质量的影响. 仿真结果表明, 考虑到器件之间的光耦合效率, 为了达到最大的有效输出光功率, 锥形太赫兹量子级联激光器的锥角存在一个最优值.     

大功率1060nm双沟脊波导分布反馈激光器（英文）

研制了双沟型脊波导结构的1 060nm分布反馈激光器.和普通脊波导激光器相比,该器件能提高在连续条件下的侧模稳定性.单模最大输出功率达到300mW边模抑制比大于45dB.采用该激光器进行泵浦周期性极化铌酸锂晶体倍频实验,得到的绿光功率为3mW,该方案将成为低成本绿光光源实现方案.     

半绝缘等离子体波导太赫兹量子级联激光器工艺研究

采用气态源分子束外延设备生长了GaAs/AlGaAs束缚态到连续态跃迁结构的太赫兹（THz）量子级联激光器（QCL）有源区结构,研究了半绝缘等离子体波导THz QCL的器件工艺,采用远红外傅里叶变换光谱仪以及探测器测量了器件的电光特性.器件激射频率为32 THz,10 K下的阈值电流密度为275 A/cm². 关键词： 太赫兹 量子级联激光器 波导 器件工艺     

2.9THz束缚态向连续态跃迁量子级联激光器研制

采用气源分子束外延技术生长了GaAs/AlGaAs束缚态向连续 态跃迁的太赫兹量子级联激光器材料, 基于半绝缘等离子体波导工艺制作了太赫兹量子级联激光器. 测量了激光器的发射光谱和功率-电流-电压关系曲线, 研究了器件的激光特性. 器件激射频率约2.95 THz, 脉冲模式下, 最高工作温度为67 K. 连续波模式下, 阈值电流密度最低为230 A/cm², 最大光输出功率1.2 mW, 最高工作温度为30 K. 关键词： 太赫兹 量子级联激光器 分子束外延 波导     

增益波导垂直腔面发射激光器中的模式分析及实验研究

本文研究了增益波导垂直腔面发射激光器的横向及纵向模式特性。采用二维延伸抛物型复折射率波导结构从理论上分析了增益波导垂直腔面发射激光器中模式的横向电场分布、模式间隔、模式增益对远场分布图和光束发射角、耦合效率等.实验中在阈值电流之上既观测到稳定的基模工作,也观测到高阶非简并模工作等不同的光谱结构及远场分布,理论和实验基本吻合.     

长波长大应变InGaAs/InGaAsP分布反馈激光器的材料生长与器件制备

采用低压金属有机化合物气相沉积法(LP-MOCVD)生长并制作了1.6—1.7μm大应变InGaAs/InGaAsP分布反馈激光器.采用应变缓冲层技术，得到质量良好的大应变InGaAs/InP体材料.器件采用了4个大应变的量子阱，加入了载流子阻挡层改善器件的温度特性.1.66μm和1.74μm未镀膜的3μm脊型波导器件阈值电流低(小于15mA)，输出功率高(100mA时大于14mW).从10—40℃，1.74μm激光器的特征温度T₀=57K，和1.55μm InGaAsP分布反馈激光器的特征温度相当. 关键词： MOCVD InGaAs/InGaAsP 应变量子阱 分布反馈激光器     

基于DFB激光器的光学微波信号的产生

采用量子阱混杂的材料集成技术制备并联分布反馈激光器和Y形波导耦合器集成的新型光电器件.两个并联分布反馈激光器的激射模式在频率上稍有差别,这两束不同频率的激光在Y形波导耦合器拍频产生光学微波信号.分别独立调节注入到两个激光器的电流大小,可以得到从13 GHz到42 GHz连续可调的光学微波信号. 关键词： 光学微波信号生成 分布反馈激光器 Y形波导 拍频     

2μm InGaAsSb/AlGaAsSb双波导半导体激光器的结构设计

为了提高2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器的最大输出功率,减小远场垂直发散角并实现单模稳定输出,在非对称波导结构的基础上设计了具有双波导结构的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器.同时,利用相关的物理模型及SimLastip程序语言构建了InGaAsSb/AlGaAsSb Macro文件,利用SimLastip软件对具有不同结构的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb半导体激光器进行了数值模拟分析.研究结果表明,双波导结构可以将半导体激光器的有源区限制因子由0.019 2减小至0.011 3,器件的最大输出功率提高了1.7倍,远场垂直发散角由57°减小到48°,器件性能得到了改善.     

分布反馈量子级联激光器光栅反馈特性北大核心CSCD

为探究Bragg光栅结构对TM模反馈特性的影响,利用有限时域差分法对具有TM模的分布反馈(DFB)量子级联激光器Bragg光栅结构进行仿真研究。重点分析了侧向耦合光栅的光学特性以及光栅侧壁倾角对光栅反射谱、损耗的影响及原因,并探究了光栅刻蚀深度及占空比与TM模的耦合系数、损耗的关系。结果表明有效折射率是影响Bragg波长的主要因素,而光限制因子是不同周期的侧向耦合光栅结构耦合系数产生巨大差别的原因,当光栅侧壁倾角90°时镜面损耗最小。光栅周期、占空比、刻蚀深度与耦合系数的关系表明:这些参数不仅影响光栅的相对介电常数,也会对光限制因子产生作用,从而影响耦合系数的大小;耦合系数与刻蚀深度具有正比关系,大周期光栅耦合系数随占空比的变化率较小。对光栅光反馈特性的理论研究有利于提升对DFB量子级联激光器的认识,促进激光器性能的提升和发展。     

太赫兹量子级联激光器光束特性分析

用有限元法计算太赫兹量子级联激光器激光模式的阈值增益.结果表明:接触层厚度和掺杂浓度对阈值增益的影响远远大于波导宽度和激射波长;接触层厚度较小(大)和掺杂浓度较低(高)时,TM₁(TM₀)模的阈值增益较小.在此基础上,用矢量衍射理论分析岀射光束的远场特性,得到光束的远场光斑基本是椭圆;x方向的远场散射角随波导宽度或激射波长的增加分别线性减小或增加,尽管对应的接触层厚度和掺杂浓度不同,但TM₀和TM₁模x方向的远场散射角相同;另外,还得到y方向远场散射角不受波导宽度或少受激射波长的影响.在阈值增益和光束质量方面,TM₁模都优于TM₀模.     

无源光器件的传播模场分析

以波导结构的单向耦合器为例，将复坐标变量完全匹配层应用于光器件的模场分析，采用有限差分方法构造出模场的本征方程，通过数值求解得到器件的传播模场和等效折射率。结果表明等效折射率随间距变化而变化，间距越大，等效折射率越趋向于单根光波导的值，为准确分析无源光器件内部模场分布打下了基础。     

基于掩埋光栅一级分布反馈结构的太赫兹量子级联激光器

结合理论和实验研究了掩埋光栅一级分布反馈太赫兹量子级联激光器中的模式竞争和功率特性。理论计算得到掩埋光栅腐蚀深度与两个带边模式的波导损耗、光学限制因子、辐射损耗以及辐射效率的关系。理论计算表明,掩埋光栅分布反馈结构可以通过改变腐蚀深度,保证激光器稳定单模工作在高频带边模式的同时,调节激光器的阈值增益以及辐射效率。实验和测试结果表明,激光器辐射波长和掩埋光栅的周期成正比,激光器可以在整个动力学范围内稳定单模工作。单模激光器的波长范围可覆盖86.2~91.7μm的范围,边模抑制比可达25 dB,最大输出功率为9.1 mW。该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相耦合激光器阵列的研制。     

Si/SiGe量子级联激光器研究进展

Si／SiGe量子级联激光器是一种新型的带内跃迁的红外光源，突破了Si基材料间接带隙特性对光跃迁的限制。Si/SiGe量子级联激光器的开发将为实现太赫兹有源器件的硅基集成产生深远影响。文章介绍了Si/SiGe量子级联激光器的工作原理，以及这类激光器在能带设计、材料生长和波导制作方面的最新进展。     

分布反馈量子级联激光器脉冲驱动电源的研制

为了满足中红外一氧化碳检测中分布反馈量子级联激光器的驱动要求,设计并实现了一种专用型脉冲驱动电源.首先,研制了高稳定的供电系统和完善的保护系统,显著提高了驱动脉冲的质量并保证了电源工作的可靠性;其次,依据"多级隔离"的思想设计了电源各功能电路,很大程度上提高了驱动电源的抗干扰能力;同时,将深度电压负反馈与比例-积分-微分控制算法相结合,有效提高了输出电流的稳定度.利用该驱动电源对中科院半导体所研制的波长为4.76μm的分布反馈量子级联激光器做了驱动测试.实验结果表明,在长时间(200h)运行中,系统驱动电流的稳定度为2.5×10-5,线性度为0.004%,满足分布反馈量子级联激光器的驱动要求,为中红外一氧化碳的可靠检测提供了保障.     

量子级联激光器调制特性的电路模拟

量子级联激光器(QCL)是波长范围在中远红外的一类新型激光器,到目前为此,对于它的脉冲响应及调制响应等动态特性了解并不是很深入,为此以贝尔实验室在1994年发明的量子级联激光器器件模型为基础,通过分析量子级联激光器中的电子在多量子阱间输运及跃迁的单极行为,得到它的速率方程。以此为基础,通过用电路元素对方程进行改造,建立起其相应的等效电路模型,利用PSPICE电路模拟软件进行模拟仿真,得到了它的调制响应特性,对可能影响其调制特性的一些因素如各阱之间的弛豫时间进行了讨论,并与其它类型激光器作了比较,发现量子级联激光器的动态性能并不优良,而这一点应缘于其独特的激射能级结构。