端面反射率的波长特性对外腔半导体激光器VIP免费

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*’!!$’）陈建国（四川大学光电系，成都*’!!*+）摘要：端面镀增透膜的激光二极管构成的光栅外腔激光器（,-./）中，考虑到镀膜端面剩余反射率对波长的依赖关系以后，利用等效腔法导出了该激光器阈值载流子密度随波长变化的解析表达式，以此为出发点，讨论了增透膜反射率极小位置对调谐范围的影响。结果表明，除了增大剩余反射率带宽和降低剩余反射率能够提高调谐范围这一明显结论之外，在镀膜工艺确定的情况下，即假定剩余反射率带宽和剩余反射率极小值变化不大时，通过控制剩余反射率极小值所对应的波长相对于镀膜前增益峰的偏移量，可进一步拓宽波长调谐范围。关键词：外腔半导体激光器；调谐范围；反射率；带宽中图分类号：01"+(2+文献标识码：3!铁道部科技发展计划（&)4"’）和四川省青年科技基金资助课题。收稿日期："!!!%!)%"+；收到修改稿日期："!!!%’"%!*’引言多年以来，由于外腔半导体激光器具有线宽窄、波长调谐范围宽等优点，一直受到人们的关注［’!$］。降低激光二极管面向外腔端面的反射率是改善外腔半导体激光器性能的重要手段之一，对于改善半导体光放大器（5.36）、超辐射二极管（.,/6）和功率激光器等光电器件的性能也是一种十分有效的技术手段。通常，反射率的降低是通过在激光二极管端面镀制增透膜来实现的。这种镀增透膜后的激光二极管称为37-/（37%89:;<==>9=<）［$］。在过去的研究中，为了处理问题方便，常将剩余反射率作为常数对待，但是，实际上端面剩余反射率是与波长有关的，且其带宽也是有限的［+，#］。所以，为了更好地描述外腔半导体激光器的波长调谐特性，有必要进一步考察剩余反射率波长特性的影响。本文从理论上指出，除了外腔耦合效率、光栅衍射效率和增益谱宽随载流子密度变化外，外腔半导体激光器阈值载流子密度对波长的依赖性，以及37-/参考载流子密度（用于表征37-/中平衡增益和损耗时所需的载流子密度，亦即载流子密度的上限）的大小都是影响外腔半导体激光器波长调谐范围的重要因素，而镀膜端面剩余反射率的谱特性对这二者又都有很大的影响。因为只有当选定波长的阈值载流子密度低于单个激光二极管的参考载流子密度时，外腔半导体激光器才可能在该波长处振荡，由此可得出外腔半导体激光器的波长调谐范围（?07）。通过考察反映剩余反射率波长特性的基本参数（如剩余反射率的大小、带宽以及极小波长位置等）的变化，提出采用多层镀膜工艺，增大剩余反射率带宽，以及控制镀膜后剩余反射率极小波长的位置，提高激光二极管的参考载流子密度，来拓宽外腔半导体激光器的波长调谐范围。"理论分析光栅外腔半导体激光器由管芯长度为!=的激光二极管和光栅构成。设外腔长度为!<，激光二极管后端面面向光栅并镀制增透膜，其镀膜前后的反射率分别为7’和7，前端面为激光器的输出端，反射率为""，光栅的反射率为"$，以上各项对应的反射系数分别为#’、#、#"和#$。实验观察与数值模拟已经表明，端面剩余反射系数和波长有关，且带宽有限［+!*］。通常的剩余反射系数存在一极小值#!，设其对应的波长为!!。在第"’卷第(期"!!’年(月光学学报3-03@A0B-35B1B-3C9D2"’，192(3EFE6;，"!!’所关心的波长范围内，远离波长!!时，剩余反射系数会逐渐增大，并趋于某一值!"（!"!!"）。为简便起见，根据这一事实，直接引用文献［#］关于端面剩余反射系数的描述方式，将镀膜后的反射系数写为!（!）$!!%&’"(%&’(（!(!!）)#（）［］)*+!"!（）｛｝!，（"）式中，#是和反射系数带宽相关的参数。利用等效腔法［,］，可以求得由激光二极管后端面和光栅构成复合腔后的等效反射系数!%--（!）$!（!）(!#%&’（(./!$%"!）"(!（!）!#%&’（(./!$%"!），（)）则复合腔等效反射系数的模为!%--（!）$""(!)!)#（"0!)#）（"0!)）［］))(（"(!)#）（"(!)）)0)!!#123（/!$%"!［］）｛｝)"")4（#）于是，外腔半导体激光器的损耗系数可表示为"%$#("$5*+［!)!%--（!）］4（/）式中，#为分布损耗系数。在洛伦兹近似下，增益...