本文報道了一種寬可調諧單模量子級聯激光器的實驗演示，該激光器具有非對稱馬赫-曾德爾（AMZ）幹涉儀(yi) 型腔和獨立偏置臂。因此，AMZ型腔的兩(liang) 個(ge) 臂的電流和溫度調諧導致在80 K的連續波模式下工作的單模調諧範圍為(wei) 20 cm-1，比單偏置電流下的激光器提高了10倍。此外還觀察到，與(yu) 一個(ge) 偏置電流控製的AMZ腔相比，調諧速率增加了五倍。
帶有獨立偏置臂的非對稱馬赫-曾德爾幹涉儀(yi) 型腔的量子級聯激光器寬單模調諧
量子級聯（QC）激光器是一種強大而緊湊的半導體(ti) 光源。在中紅外波段，它們(men) 是目前分子傳(chuan) 感中基於(yu) 吸收的光譜係統中非常有利的光源。由於(yu) 這些係統利用了不同氣體(ti) 分子的強而窄的吸收線，它們(men) 要求QC激光器在單模下工作，並且是連續的，廣泛可調的。研究並實現了實現波長選擇性和可調性的不同方法。直到zui近，大多數QC激光器的單模操作已經通過在常規Fabry-Perot QC激光器的頂部合並周期性光柵實現，例如分布式反饋光柵或分布式布拉格反射器。然而，需要在波長尺度上精確的周期結構需要更複雜的製造步驟（例如，電子束光刻），通常導致更高的成本和更低的產(chan) 量。機械可移動光柵集成到外腔，使單模調諧範圍寬然而，在這種配置中，波長選擇和調諧需要係統集成和光學校準。因此，用簡單的製造步驟就能實現單模發射的空腔是人們(men) 所需要的，並且已經用不同的幾何形狀進行了研究，例如直耦合法布裏珀羅空腔和折疊法布裏珀羅空腔。非對稱MachZehnder （AMZ）幹涉儀(yi) 是波長選擇性的理想選擇，已廣泛国产成人在线观看免费网站於(yu) 光纖激光器zui近，一種新型的腔體(ti) 設計，將AMZ幹涉儀(yi) 單片集成在QC激光器中，已經報道了單模工作，側(ce) 模抑製比（SMSR）為(wei) 35dB。然而，這種設備的連續調諧被限製在20cm-1。
報告一種通過設計幹涉儀(yi) 的兩(liang) 個(ge) 臂具有單獨的金屬觸點來改善AMZ QC激光器十倍調諧的方法；這樣的設計允許不同的電流国产成人在线观看免费网站到兩(liang) 個(ge) 臂上，這使得局部溫度，因此兩(liang) 個(ge) 臂的模態折射率可以獨立調諧。此外，這樣的調諧結構允許在兩(liang) 個(ge) 臂上有更廣泛的相位關(guan) 係，從(cong) 而允許激光在兩(liang) 個(ge) 臂上的單個(ge) 偏置電流無法獲得的波長下發射。
圖1
圖1(A)顯示了包含獨立金屬觸點的AMZ幹涉儀(yi) 型腔設計的示意圖。與(yu) 參考文獻14類似，該腔由連接兩(liang) 個(ge) 直脊波導的AMZ幹涉儀(yi) 結構組成。將直脊波導連接到AMZ幹涉儀(yi) 臂上的局部對稱y分路器結構旨在大限度地減少耦合損失。在這種腔中選擇激光模式是基於(yu) 三個(ge) 因素：介質的光學增益分布、腔的FabryPerot （FP）模式和AMZ幹涉儀(yi) 的透射譜。
采用參考文獻中討論的基於(yu) 超強耦合設計的QC激光材料，采用標準脊激光加工技術製造出了具有AMZ幹涉儀(yi) 型腔體(ti) 的QC激光器。所製備器件的光學顯微鏡圖像如圖1(b)所示。所有製造器件的脊寬為(wei) 8.0 ± 0.2 um，臂長差為(wei) 350 ~ 500 um。兩(liang) 個(ge) 觸點之間的分離距離為(wei) 50um。用不同的直流光源對幹涉儀(yi) 的兩(liang) 個(ge) 臂進行偏置，用傅裏葉變換紅外光譜儀(yi) （FTIR）在80k下測量激光光譜。具有較低閾值電流密度的器件在脈衝(chong) 模式（100 ns脈衝(chong) 寬度，80 kHz重複率）和連續波（CW）模式下均表現為(wei) 單模工作。圖2(a)的頂板顯示了500 um、總腔長（l1 + L2 + Lridge）為(wei) 3.45 mm的激光的亞(ya) 閾值放大自發發射光譜。
光譜包絡線的周期性為(wei) 7 cm-1，對應於(yu) AMZ幹涉儀(yi) 的透射光譜周期。亞(ya) 閾值光譜中非常強模式對應的模式發生激光，對應2073 cm-1，如圖2(a)底部麵板所示。在相同的脈衝(chong) 電流下，典型的分離觸點AMZ QC激光器的脈衝(chong) 光電流-電壓（LIV）特性（如圖2(b)所示）表明，該器件的閾值電流密度（1.6 kA/cm2），麵對麵長度為(wei) 1.8 mm，大約是具有單觸點14的AMZ QC激光器（0.8 kA/cm2），麵對麵長度為(wei) 2.5 mm的兩(liang) 倍。閾值電流密度的增加是由於(yu) 單獨偏置器件的麵到麵長度的減小。這也可以部分歸因於(yu) 額外的散射損失和兩(liang) 個(ge) 區域的光學增益係數的降低，這兩(liang) 個(ge) 區域缺乏金屬接觸，因此缺乏電泵浦。圖2(b)的插入部分顯示了另一種350 um裝置的CW-LIV特性，其峰值功率為(wei) 90 mW。
圖2
這些激光器的單模調諧是通過改變直流電流來實現的。在相同直流偏置電流下，兩(liang) 條臂的激光光譜如圖3(a)所示。觀察到的高SMSR接近30 dB，而典型的SMSR為(wei) 25 dB。模跳自由調諧範圍很小2 cm-1），以亞(ya) 閾值頻譜中強的模為(wei) 中心。額外的波長通過大的模式跳到達。
然而，在調整第二臂的直流電流的同時，通過將直脊波導的一隻手臂保持在高於(yu) 閾值的恒定直流電流，可以達到zui初錯過的模式，如圖3(b)所示，其中顯示了以前無法達到的2075 cm-1至2084 cm-1之間的模式。使用這種配置，可以實現大範圍的單模調諧，如圖4所示。如圖虛線所示，發射波長可以在10 cm-1範圍內(nei) 連續調諧。此外，虛線的斜率顯示了0.03 um/kA/cm2的調諧速率，這比均勻泵送裝置的調諧速率快5倍這與(yu) 理論預測一致，理論預測表明速率至少是三倍快，因為(wei) 臂2的長度L2大約是臂長差DL的三倍。單獨觸點的額外更快的調諧速率源於(yu) 這樣一個(ge) 事實，即與(yu) 施加於(yu) 整個(ge) 激光器的相同電流引起的溫度梯度DT相比，施加於(yu) 臂2的電流引起的溫度DT2變化更大。
圖3
盡管對於(yu) 單獨偏置的調諧配置仍然存在模式跳，但是一旦發射模式跳到更高的波數，調諧第二臂允許訪問在跳期間錯過的較低波數的模式。
臂1中在較高電流下向較低波長的偏移可能是增益藍移（由於(yu) 較高的施加電壓）以及由於(yu) 較高的連續波電流引起的較高溫度而導致的增益展寬的綜合效應的結果。使用查找表中兩(liang) 個(ge) 直流電流的不同配置，單模發射幾乎可以連續調諧到20 cm-1。
圖4
總之，我們(men) 證明了通過在幹涉儀(yi) 的兩(liang) 個(ge) 臂上使用單獨的金屬觸點，具有AMZ幹涉儀(yi) 型腔的QC激光器的調諧範圍提高了10倍，調諧速率提高了5倍。臂長差為(wei) 500 um的激光器在80k下，在單獨的電偏壓下，在臂1的100 mA電流範圍內(nei) 和臂2的150 mA z大電流範圍內(nei) 進行了激光光譜測量。調諧範圍為(wei) 20 cm-1，比單觸點AMZ QC激光器提高了10倍。
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