中紅外光譜範圍是特別感興(xing) 趣的国产成人在线观看免费网站，如氣體(ti) 分析和化學傳(chuan) 感量子級聯QC激光器是通用的中紅外光源，因為(wei) 波長可以從(cong) 2.7到2.4 um設計。在許多国产成人在线观看免费网站中需要較寬的波長調諧範圍。目前流行的QC激光器調諧技術基本上是基於(yu) 溫度調諧或機械調諧。前者具有非常有限的調諧範圍10 cm−1在TE冷卻器溫度範圍內(nei) 的調諧速率0.1-0.13 cm−1 /K。後者調節範圍寬;然而，設置需要良好對齊的外部組件。另一種方法是通過簡單地改變施加在QC激光器上的電壓來調整激光光譜。廣泛電壓可調諧的子帶間電致發光EL已在各種QC激光器設計中觀察到由於(yu) 耦合量子阱中的Stark效應，調諧範圍約為(wei) 100-200 cm−1此外，為(wei) 了實現廣泛可調諧的單模QC激光器，寬增益譜是必不可少的。非均勻有源區或結合連續體(ti) 設計可用於(yu) 實現寬增益譜。然而，兩(liang) 者都是以犧牲峰值增益為(wei) 代價(jia) 的。另一方麵，QC激光增益光譜的電壓調諧覆蓋了很寬的波長範圍，而不犧牲峰值增益，因為(wei) 它在很寬的範圍內(nei) 調諧窄增益光譜。
基於(yu) “兩(liang) 步”耦合的寬電壓可調量子級聯激光器
在之前的研究中，基於(yu) 反交叉垂直和對角躍遷以及光子輔助對角躍遷的主流QC激光器設計的電壓可調性，所有設計都顯示電壓可調的EL。然而，基於(yu) 反交叉垂直躍遷和光子輔助對角躍遷的激光器不能在閾值以上調諧，而基於(yu) 反交叉對角躍遷有源區的激光器在80 K時的調諧範圍在閾值以上約30 cm−1，遠小於(yu) EL在相同電壓範圍內(nei) 的60-70 cm−1。激光器調諧範圍小的原因在於(yu) 驅動電子穿過有源區的受激輻射在傳(chuan) 統的QC激光器設計中，大部分電子都聚集在z低注入態和z高激光態。在閾值以下，電子主要通過縱向光學LO聲子散射穿越有源區。在閾值以上，隨著腔內(nei) 的光強變得越來越強，電子通過受激輻射在活躍區域的傳(chuan) 輸速度越來越快。因此，在有源區域上的電壓不再增加得那麽(me) 快。
圖1
我們(men) 展示了一種基於(yu) 注入器和有源區域之間“兩(liang) 步”耦合的新型QC激光器設計，通過簡單地改變施加電壓，為(wei) 高於(yu) 閾值的激光器提供寬波長調諧範圍。該設計的導帶部分如圖1所示。它是基於(yu) 雙聲子共振對角躍遷有源區。在注入器基態g和上層激光態u之間插入一個(ge) 耦合態c。以LO聲子散射為(wei) 主的從(cong) 注入態到耦合態的散射壽命約為(wei) 1.5 ps，而上激光態的散射壽命約為(wei) 3 ps。這樣，當施加電壓增加時，電子通過閾值以上的受激發射穿越有源區的速度減慢，使得有源區的差分電阻下降速度不如傳(chuan) 統設計的快。此外，耦合態與(yu) 上激光態強耦合，共振時產(chan) 生約11.2 meV的能量分裂。所有這些特征導致了一個(ge) 更大的動態電壓範圍超過有效區閾值以上。
在脈衝(chong) 模式下測量了台麵和激光器的EL，脈衝(chong) 寬度分別為(wei) 100或45 ns，重複頻率為(wei) 80 kHz，使用傅裏葉變換紅外光譜儀(yi) 與(yu) 冷卻的HgCdTe探測器。在相同的條件下，測量了閾值以上的激光光譜。低占空比確保測量結果不受熱效應的影響，如熱調諧。
圖2
圖2a顯示了在室溫295 K下台麵的電致發光值作為(wei) 每級電壓的函數。如果有必要，可以用對原始數據擬合多個(ge) 洛倫(lun) 茲(zi) 峰來確定EL的峰波數激光從(cong) 閾值到功率翻轉點的光譜如圖所示。為(wei) 了確定激光光譜的調諧趨勢，我們(men) 在峰值強度的10%高度測量了兩(liang) 側(ce) 的波數，並提取了激光波數的中點值，該方法的有效性將在後麵討論。圖3顯示了EL峰值和激光波數，它們(men) 是每級電壓的函數。EL的調諧速率為(wei) 700 cm−1 /V，與(yu) 自一致Schrödinger-Poisson求解器的計算結果吻合良好，如圖3所示。激光光譜在閾值以下可調諧，在閾值處可調諧性降低。可調性恢複20%以上的閾值電流密度。閾值以上激光光譜的調諧速率甚至高於(yu) EL，約為(wei) 900 cm−1 /V。激光在閾值以上的總調諧範圍約為(wei) 80 ~ 100 cm−1，與(yu) EL在相同電壓範圍內(nei) 的調諧範圍一樣寬。
圖3
為(wei) 了將上述方法得到的激光波數與(yu) 激光增益光譜的峰值波數進行比較，我們(men) 從(cong) 閾值以下和閾值以上與(yu) 激光脊方向正交的方向測量了EL。從(cong) 這種激光器測量到的高於(yu) 閾值的典型EL如圖4的插圖所示。狹窄的發射峰是由激光腔內(nei) 缺陷散射激發的。為(wei) 了得到EL峰，將激光發射峰去除，其餘(yu) 數據用多個(ge) 洛倫(lun) 茲(zi) 量擬合。增益譜的峰值波數由擬合曲線的峰值決(jue) 定。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隨注入電流的變化情況。可以看到它們(men) 顯示出幾乎相同的波數和調諧行為(wei) 。
圖4
從(cong) 激光光譜的調諧行為(wei) 可以得出結論，這種設計比傳(chuan) 統的反交叉對角線設計具有更早的恢複可調諧性如前所述，原因在於(yu) 兩(liang) 步注入方案。激光仍能在閾值，如圖5a_x0005_，表明由於(yu) 受激發射，激光上態壽命急劇下降，包括散射壽命和受激發射壽命。然而，隨壽命的減小，直至小於(yu) 注入器狀態和耦合狀態之間的散射壽命，更多的電子將在注入器中積累，而上層激光狀態和耦合狀態中的電子將減少。因此，光強的增加速度不如施加電壓的增加速度快;因此，壽命的下降和有源區域上的微分電阻減慢。采用兩(liang) 步耦合設計的速率方程模型和從(cong) Schrödinger-Poisson求解器獲得的參數11進行常規設計的壽命的計算結果可以驗證這一點，如圖5b。激光上態壽命的減小和電子在注入器內(nei) 的積累的減緩，導致在有源區電壓升高較高，而在注入器上電壓升高較低。此外，與(yu) 傳(chuan) 統的反交叉對角線設計相比，該設計具有更大的動態電壓範圍，這可以從(cong) 圖中所示的光電壓電流密度特性中看出。5a_x0005_。從(cong) 激光閾值到翻轉點的電壓範圍幾乎是閾值處施加電壓的30%，而傳(chuan) 統設計則小於(yu) 10%簡單地說，更大的電壓動態範圍和在有源區域上更大的電壓增加有助於(yu) 更寬的電壓誘導波長調諧範圍，即100 cm−1。
圖5
在實際国产成人在线观看免费网站中，質量控製激光器的性能一直是一個(ge) 關(guan) 鍵問題。基於(yu) 兩(liang) 步耦合設計的激光器具有可比較的輸出功率超過1.4 W雙麵輸出，從(cong) 一個(ge) 3毫米長，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(yu) 同類波長的z佳QC激光器然而，在T=295 K時，它們(men) 顯示出更高的閾值電流密度3.5 kA/cm2。我們(men) 將此歸因於(yu) 早期的導通電壓和伴隨的泄漏電流，因為(wei) 在耦合狀態和注入器狀態之間實現強隧穿之前，電子從(cong) 耦合狀態躍遷到活性區域的較低狀態。對結構的進一步改進將優(you) 化增益以獲得較低的施加電壓並降低摻雜密度。
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