端面反射率的波长特性对外腔半导体激光器

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1、第"’卷第(期光学学报C9D2"’，192("!!’年(月3-03@A0B-35B1B-33EFE6;，"!!’文章编号：!"#$%""$&（"!!’）!(%!&)#%!#端面反射率的波长特性对外腔半导体激光器调谐范围的影响!潘炜张晓霞罗斌吕鸿昌（西南交通大学计算机与通信工程学院，成都*’!!$’）陈建国（四川大学光电系，成都*’!!*+）摘要：端面镀增透膜的激光二极管构成的光栅外腔激光器（,-./）中，考虑到镀膜端面剩余反射率对波长的依赖关系以后，利用等效腔法导出了该激光器阈值载流子密度随波长变化的解析表达式，以此为出发点，讨论了增透膜反射率极小位置对调

2、谐范围的影响。结果表明，除了增大剩余反射率带宽和降低剩余反射率能够提高调谐范围这一明显结论之外，在镀膜工艺确定的情况下，即假定剩余反射率带宽和剩余反射率极小值变化不大时，通过控制剩余反射率极小值所对应的波长相对于镀膜前增益峰的偏移量，可进一步拓宽波长调谐范围。关键词：外腔半导体激光器；调谐范围；反射率；带宽中图分类号：01"+(2+文献标识码：3’引言上限）的大小都是影响外腔半导体激光器波长调谐范围的重要因素，而镀膜端面剩余反射率的谱特性多年以来，由于外腔半导体激光器具有线宽窄、对这二者又都有很大的影响。因为只有当选定波长［’!$］波长调谐范围宽等优点，一

3、直受到人们的关注。的阈值载流子密度低于单个激光二极管的参考载流降低激光二极管面向外腔端面的反射率是改善外腔子密度时，外腔半导体激光器才可能在该波长处振半导体激光器性能的重要手段之一，对于改善半导荡，由此可得出外腔半导体激光器的波长调谐范围体光放大器（5.36）、超辐射二极管（.,/6）和功率（?07）。通过考察反映剩余反射率波长特性的基激光器等光电器件的性能也是一种十分有效的技术本参数（如剩余反射率的大小、带宽以及极小波长位手段。通常，反射率的降低是通过在激光二极管端置等）的变化，提出采用多层镀膜工艺，增大剩余反面镀制增透膜来实现的。这种镀增透膜后的激光二

4、射率带宽，以及控制镀膜后剩余反射率极小波长的［$］极管称为37-/（37%89:;<==>9=<）。在过去的研位置，提高激光二极管的参考载流子密度，来拓宽外究中，为了处理问题方便，常将剩余反射率作为常数腔半导体激光器的波长调谐范围。对待，但是，实际上端面剩余反射率是与波长有关［+，#］的，且其带宽也是有限的。所以，为了更好地描述外腔半导体激光器的波长调谐特性，有必要进一"理论分析步考察剩余反射率波长特性的影响。光栅外腔半导体激光器由管芯长度为!的激=本文从理论上指出，除了外腔耦合效率、光栅衍光二极管和光栅构成。设外腔长度为!，激光二极<射效率和增益谱宽随载

5、流子密度变化外，外腔半导管后端面面向光栅并镀制增透膜，其镀膜前后的反体激光器阈值载流子密度对波长的依赖性，以及射率分别为7和7，前端面为激光器的输出端，反’37-/参考载流子密度（用于表征37-/中平衡增射率为"，光栅的反射率为"，以上各项对应的反"$益和损耗时所需的载流子密度，亦即载流子密度的射系数分别为#、#、#和#。’"$!铁道部科技发展计划（&)4"’）和四川省青年科技基金实验观察与数值模拟已经表明，端面剩余反射资助课题。［+!*］系数和波长有关，且带宽有限。通常的剩余反收稿日期："!!!%!)%"+；收到修改稿日期："!!!%’"%!*射系数存在

6、一极小值#，设其对应的波长为!。在!!?,>光学学报)"卷所关心的波长范围内，远离波长!时，剩余反射系式中，#是和反射系数带宽相关的参数。利用等效腔!［,］数会逐渐增大，并趋于某一值!"（!"!!"）。为简便法，可以求得由激光二极管后端面和光栅构成复起见，根据这一事实，直接引用文献［#］关于端面剩合腔后的等效反射系数余反射系数的描述方式，将镀膜后的反射系数写为!（!）(!#%&’（(./!$%"!）!%-（-!）$，（)）（!(!）)"(!（!）!#%&’（(./!$%"!）!!"!（!）$!!%&’｛［"(%&’（()）］*+（!）｝，则复合腔等效反射系

7、数的模为#!（"）（"0!)）（"0!)）)（"(!)）（"(!)）)"")!（!）$"#(#4（#）%--))｛［］［0)!!#123（/!$%"!）］｝"(!!#))于是，外腔半导体激光器的损耗系数可表示为#(［*+（!)!"）］"$5’=!$0’!4（,）"&$"%$#(*+［!)!%-（-!）］4（/）$5在阈值条件下，有式中，#为分布损耗系数。在洛伦兹近似下，增益系%（!）$"%，（<）数随波长的变化为/!*$50%$)+!，（?）’!%（!）$&$［）))(’!］，（7）"0（!(!6"(式中，*为激光二极管的等效折射率，+取整数，%式中，!为

8、增益峰值波长，’为载流子密度，’为为复合腔等效反射系数!（!）的幅