量子級聯（QC）激光器已經發展成為(wei) 高功率器件。然而，從(cong) 這些設備收集的Max功率通常取決(jue) 於(yu) 光束的穩定性，在某些情況下，已經發現光束隨時間隨機波動並在平麵上轉向。這些波動，即指向不穩定性，歸因於(yu) 空腔內(nei) 多個(ge) 橫向模式或側(ce) 孔燃燒的相互作用橫向模式控製方麵的工作以前也有報道。
用橫模控製抑製量子級聯激光器的指向不穩定性
以前我們(men) 報道了QC激光器的模態不穩定性和光束轉向使用固定NA（0.87）檢測器，我們(men) 發現脈衝(chong) 不穩定器件的脈衝(chong) 平均接收功率降低高達20%。在脈衝(chong) 內(nei) 不同柵極位置獲得的空間相關(guan) 光譜表明，在橫向模式之間存在頻率鎖定，而遠場強度分布的時間分辨測量顯示，光束在平麵上轉向了10°。現在我們(men) 提出了一種在QC激光器中抑製指向不穩定性的方法，該方法涉及通過窄、短（僅(jin) 占腔長度的百分之幾）和高損耗的脊波導收縮來控製橫向模式。這個(ge) 想法是對分布在激光脊兩(liang) 側(ce) 的模式引入足夠的擾動，同時保持基本模式不變。收縮對器件的影響如圖1所示，圖1顯示了用COMSOL MULTIPHYSICS獲得的腔模式模擬。模擬了兩(liang) 種裝置的橫截麵，一種是傳(chuan) 統的脊結構，另一種是狹窄的階梯脊結構。在這兩(liang) 種情況下，波長和脊寬分別保持在4.6 um和13 um。
圖1
在原始的無擾動腔結構中，模態被強烈地限製在活動芯內(nei) ，一階和二階模態的計算損失分別為(wei) 0.24 cm-1和0.5 cm-1。當兩(liang) 個(ge) pt填充的溝槽延伸到活動岩心的正上方時，計算的損耗在一階和二階模式下分別增加到6.3 cm-1和18.5 cm-1。階躍脊在一階模態中引入了額外的損耗，而對二階模態的影響更大。在這裏，計算的損耗假設一個(ge) 無限長的空腔。因此，為(wei) 了使對一階模態損耗和閾值的影響保持在Min（<5%），隻選擇了腔長度的一小部分（<2%）用於(yu) 階躍脊。
圖2
為(wei) 了實驗測試這個(ge) 想法，我們(men) 從(cong) 2.5毫米和3毫米長的激光脊的頂部蝕刻了兩(liang) 個(ge) 短溝槽（25毫米長_x0005_ 3毫米寬_x0005_ 2.7米深），並用鉑（Pt）填充。根據我們(men) 的模型，幾乎任何金屬都會(hui) 產(chan) 生類似的效果，但鉑是我們(men) 可以得到金屬。類似的溝槽先前已用於(yu) 開槽法布裏-珀羅（FP）激光器，以實現寬波長可調性和窄線寬，和zui近它們(men) 與(yu) 光子晶體(ti) 相結合，用於(yu) vcsel的單橫模控製。這種類型的溝槽也用於(yu) 二極管激光器，以防止背反射和保持單模發射，但不用於(yu) 防止光束轉向。我們(men) 的溝槽是通過聚焦離子束（FIB）銑磨引入的，這是Sadeghi等人zui近使用的一種技術，用於(yu) 在激光脊上製造分布式布拉格反射器（DBR），用於(yu) 光譜縮小和模式選擇采用金屬有機氣相沉積（MOCVD）技術，在應變平衡的In0.66Ga0.34As/Al0.69In0.31As材料的InP襯底上生長激光結構。
圖3
圖2(a)為(wei) QC激光器端部在蝕刻短溝槽後的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像，圖2(b)為(wei) 用鉑填充溝槽後的相同器件。首先，我們(men) 使用100 ns寬度和5 kHz重複頻率的脈衝(chong) ，通過測試蝕刻前後激光器的不穩定性，研究了未填充溝槽的影響。實驗裝置如圖4的頂部插入所示，包括一個(ge) 準直透鏡。，焦距¼1.5英寸。另一個(ge) 相同的透鏡將準直光束聚焦到室溫碲化汞鎘（MCT）探測器上。我們(men) 從(cong) 接收功率中提取斜率效率，並注意到提高了20%，達到1.3 _x0005_ Ith。然而，此後光脈衝(chong) 變得不穩定，導致斜率效率在1.3 _x0005_ Ith以上下降了60%。這表明蝕刻收縮引入的散射不足以完全抑製高功率水平下的不穩定性。
圖4
為(wei) 了進一步增加高階橫向模所經曆的損耗，我們(men) 用Pt填充溝槽並重複相同的實驗。圖3顯示了FIB和Pt填充前後器件的光電流-電壓（LIV）特性。“前”曲線中的扭結和功率噪聲是由脈衝(chong) 波動（見圖3底部插圖）和指向不穩定造成的，因為(wei) 當光束轉向時，探測器上收集的光變少了。
處理後得到的曲線沒有噪聲和扭結，從(cong) 接收到的超過300個(ge) 脈衝(chong) 的平均輸出功率測量的斜率效率提高了65%，這是脈衝(chong) 變化改善的直接結果。“後”曲線中閾值的輕微下降（0.02 A）不是FIB處理的結果，而是在重複閾值測量的誤差範圍內(nei) 。事實上，其他測試設備（此處未顯示）也記錄了類似的改進，但閾值略有增加（5%）。
圖5
我們(men) 通過收集200個(ge) 連續脈衝(chong) 並繪製其功率電平來量化添加pt填充溝槽的效果，這些脈衝(chong) 的平均功率電平超過脈衝(chong) 中間的90ns柵極。
結果如圖4所示。隨著電流的增大，高階模被激發，脈衝(chong) 平均波動達到平均值的21%，如圖4(a)所示。
在增加收縮後，我們(men) 在相同的電流水平下重複相同的測量，結果顯著改善，如圖4(b)所示。平均脈衝(chong) 值有所增加，其餘(yu) 脈衝(chong) 波動低於(yu) 平均值的2%，這與(yu) 測量的信噪比一致。圖5是在0.83 a、0.88 a、0.92 a下采集的數據子集，說明了模式識別帶來的改善。左邊的直方圖（紅色）顯示了不穩定激光在200個(ge) 平均脈衝(chong) 內(nei) 的150mw變化。在擾動和抑製高階側(ce) 模後，平均脈衝(chong) 之間的變化降至15 mW以下，如圖右側(ce) （藍色）的直方圖所示。相應的標準偏差證實了脈衝(chong) 穩定性至少提高了10倍，單個(ge) 脈衝(chong) 功率也平均增加了250 mW。
圖6
zui後，我們(men) 測量了我們(men) 的設備在不同電流下的遠場強度分布，通過掃描一個(ge) 快速室溫MCT探測器，沿著橫向（垂直於(yu) 生長方向），在距離激光前麵50px的階段上，以1mm的間隔。圖6(a)顯示了該器件在加入縮窄之前的遠場圖。在所有電流水平，兩(liang) 個(ge) 副瓣，對應於(yu) 高階橫向模式，是明顯的，除了在中心的主瓣。
在蝕刻和Pt填充後，我們(men) 收集了器件在相似電流間隔下的遠場圖。結果如圖6(b)所示，所有電流電平均為(wei) 一個(ge) 葉瓣。
側(ce) 瓣的缺失表明腔內(nei) 所有側(ce) 模都受到抑製。
綜上所述，我們(men) 通過橫模控製抑製了QC激光器的指向不穩定性。加入收縮前後的數據比較表明，在所有電流下，脈衝(chong) 波動幾乎完全消除，遠場強度分布呈高斯分布。由於(yu) 收集的功率，設備的斜率效率提高了65%，而閾值沒有任何顯著變化。雖然在後期製作模式下演示，但我們(men) 不打算在每個(ge) 激光器上使用fib生成的模式鑒別器來糾正光束轉向。在工業(ye) 環境中，我們(men) 可以在初始脊結構製造過程中，通過幹化學蝕刻在脊結構的左邊和右邊的小步驟來包括原始設備加工中的收縮。這將使高階橫模暴露給金屬，而使基本模保持不變。
了解更多詳情，請訪問上海昊量光電的官方網頁：
https://www.weilancj.com/three-level-106.html
更多詳情請聯係昊量光電/歡迎直接聯係昊量光電
關(guan) 於(yu) 昊量光電：
上海昊量光電設備有限国产黄色在线观看是光電国产欧美在线專(zhuan) 業(ye) 代理商，国产欧美在线包括各類激光器、光電調製器、光學測量設備、光學元件等，涉及国产成人在线观看免费网站涵蓋了材料加工、光通訊、生物醫療、科學研究、國防、量子光學、生物顯微、物聯傳(chuan) 感、激光製造等；可為(wei) 客戶提供完整的設備安裝，培訓，硬件開發，軟件開發，係統集成等服務。
您可以通過我們(men) 昊量光電的官方網站www.weilancj.com了解更多的国产欧美在线信息，或直接來電谘詢4006-888-532。
展示全部 
