ecl外腔半导体

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1、实用标准文案激光器工作需要两个要素：（1）主动增益介质放大光学信号，和（2）反馈机制，以提供持续的激光振荡。在法布里-珀罗激光器中，两个反射镜的反射系数分别是r1和r2 （功率反射率R1 =r12和R2 =r22），给光场提供反馈，如图1所示。图1：法布里-珀罗激光器结构在长度为L的谐振腔内，光场的往返增益可以表示为：公式 1：光场的往返增益其中g和αi分别是增益和内损耗系数，λ是真空中的波长，neff 是有效折射率，L是腔长。解析阈值振幅和相位条件的结果为：公式2：振幅条件精彩文档实用标准文案公式3：相位条件其中αm定义为镜面损耗，N是整数下标，代表

2、模式数。在半导体（二极管）激光器中，增益介质是通过向正向偏置二极管的结区域注入电流来激发的。半导体激光器的人工量子阱结区内的高浓度电子和空穴使产生实现光学增益所需的粒子数反转成为可能。当增益介质是半导体材料时，可以通过芯片的两个解理面之间的菲涅耳反射建立法布里-珀罗谐振腔。结区实际上是一个波导，从一个面延伸到另一面。一个垂直于波导的未镀膜的“解理“面的反射率R大约为30%。然而，器件的最大输出功率可以通过对端面镀膜，改变端面的反射率来进行优化。法布里-珀罗激光二极管的最大功率通常是通过在后端面镀高反（HR）膜，在前端面镀低反（LR）膜得到的。法布里-珀

3、罗激光二极管器件的发射谱将依赖于注入电流。当偏置小于阈值时g>αi，根据相位公式定义，发射谱包含一系列的峰，这些峰对应法布里-珀罗腔的纵模。不断增加注入电流，直到满足g=αi +αm，才会产生激光。激光波长是由第一个满足阈值条件的纵模决定的。输出光谱并不总是压缩为单一的辐射波长，也可是纵模组成的窄带光谱。图2：法布里-珀罗激光器增益曲线这对基于InP的法布里-珀罗激光器尤其有效，通常它的光学带宽为5到10纳米。基于GaAs的器件能工作在单纵模模式，但这取决于波长和输出功率，通常它们的输出带宽小于2纳米。典型的850纳米激光二极管的腔长在300微米左右，

4、群折射率在4左右，其纵模间隔将为0.3纳米，这与1毫米长的1550纳米激光二极管相似。改变谐振腔的长度或者折射率，比如通过对激光二极管加热或制冷，将会移动整个模式梳，相应地移动了输出波长。激光器线宽半导体激光器的单纵模激射线宽（FWHM）由修正的Schawlow和Townes公式定义，公式中加入了Henry线宽增强因子αH[1]：精彩文档实用标准文案公式4： Schawlow-Townes-Henry激光线宽其中hv是光子能量，vg是群速度，nsp是粒子数反转因子，Pout 是单面输出功率。这个公式描述了相位和振幅波动引起的激光线宽的光谱展宽，光谱展宽

5、是由对相干激射模式不可避免的自发发射光子引起的。这些所谓的量子噪声波动定义了激光线宽的下限，而这种微小的波动可能会被机械/声音变化或者热变化引起的更大的波动所掩盖。增加谐振腔的长度将会减小αm（见公式2），从而减小线宽。这可以通过量子噪声极限线宽理解（见公式4），量子噪声极限线宽与激射模式中的自发辐射光子数成正比。增加谐振腔的长度既减少了的自发辐射光子数（通过减少每个纵模的“冷腔”光谱宽度），又增加了谐振腔中的总光子数，实现固定输出功率。这就是为何Schallow-Townes公式中谐振腔长度项出现两次的原因。腔长为0.3毫米的单频分布式反馈（DFB）

6、二极管激光器的将通常具有1MHz到10MHz的发射线宽。举例来说，如果把腔长增加到3厘米，将会使发射线宽变窄超过100倍。已有报导[2]显示腔长增加的半导体激光器的发射线宽可降低至单波长工作和调谐对于许多应用，我们希望得到单纵模（单频）激光，能够调节激光波长，或者两点都能满足。为了满足这种需求，可在半导体激光器芯片的外部加入波长选择反馈元件，用于选择激射波长。为了实现这种外腔激光器（ECL）的正确工作，需要抑制半导体芯片法布里-珀罗腔产生的本征光学反馈，从而使它不会干扰外部反馈。通过在芯片的一个端面镀光学减增透膜（AR），可以减少增益芯片的法布里-珀罗

7、腔效应。图3：基于增益芯片的外腔运行在最小值时，芯片端面反射（R1）应该比外部反馈（Rext）小20dB；也就是，R1 <10-2 xRext [3]。即使镀了增透膜，法布里-珀罗增益芯片端面的残余反射也常常限制了ECL的稳定性、输出功率和光谱质量，特别精彩文档实用标准文案是如果激光器是可调谐的。为了进一步减少芯片端面的反射，可以结合使用带角度的波导和增透膜，从而有效地消除来自内部芯片法布里-珀罗腔的大部分反馈[4]。该单角度面（SAF）增益芯片为ECL，特别是在宽带可调谐ECL中，提供了优越的结构。图4：单角度面增益芯片外腔激光器设计实现外腔半导体激

8、光器的方法有很多[3]。对于大多数方法，首先考虑的是选择一个合适的波长选择反馈元件。最常用的反