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半导体激光器列阵在外腔下的光谱特性


"卷!增!刊 !第! ) ) +年,月 !*















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文章编号 ! " # ) ) ! > , ? * * * ) ) + ( ) > ) ) P , > ) ? !!

半导体激光器列阵在外腔下的光谱特性
陈海波!! ! 杨 ! 华!! ! 陈建国!! ! 严地勇*! ! 陆 ! 丹!! ! 高 ! 松!! ! 林晓东!

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" 四川 成都 O 中国工程物理研究院 应用电子研究所 ! 四川 绵阳 O # !’四川大学 光电系 ! ! ) ) O ,$ * ! P ) ) !*’

的外腔! 通过调节高反镜的位置和 P个单元的半导体激光器列阵" 5 7 6# !! 摘 ! 要 ! !使用普通高反镜作为! 角度 ! 使5 从而压窄了输出光谱 并 降 低 了 5 运行于外腔 7 6 发出的光反馈回有源层 ! 7 6 的阈值电流%实验中! 下的 5 & 阈值电流从 "6 降到 了 +& 并 7 6 在不同的驱动电流下的输出光谱均被压窄到了原来的 ! ! ) 左右 ! + 6! 且在 P6 的偏置电流下输出功率提高了 * 倍 % !! 关键词 ! ! 半导体激光器列阵 $ ! 外腔 $ ! 高反镜 $ ! 光谱 * , @!!!! 文献标识码 ! !! 中图分类号 ! ! 8’ !6

结构紧凑 ’ 输出功率高等优点被广泛应用于 相 干 光 通 信 ’ 泵浦固体激 !! 半导体激光器列阵由于具有体积小 ’ 光器 ’ 原子物理的研究等众多领域 % 然而自由运行的 5 因而导致了其较差的相干性 % 目 7 6 具用较宽的光谱 ! !%?) ,%O) 和外 腔 反 馈 的 方 法 ( 来 改 善 半 导 体 激 光 器 的 运 行 特 性% 注 入 锁 定 的 方 法 较 为 复 前一般使用注入锁定 ( 杂! 如果使用到位相共轭晶体还将使系统的成本变得昂贵 ! 且锁定后的光功率较小 ! 但是由于位相共轭晶体的 良好自适应性 ! 系统的稳定性较好 % 外腔反馈的方法与 注入锁定相比 ! 光路简 单 ! 成 本 较 低! 输 出 光 功 率 较 大! ,) 但系统的稳定性较差 ( % 我们使用 一 个 高 反 镜 构 成 5 调节高反镜使列阵发出的光反馈到 5 7 6 的 简 单外腔 ! 7 6 的各 !! 在本工作中 ! 个单元里 ! 从而大大改善了 5 7 6 的光谱特性 %

$! 实验装置和结果分析
7 6 为半导体 !! 本工作中的实验装置 如 图 ! 所 示 %5 快轴准直 透 镜 ! 为 高 反 镜 ! 激光器列阵 ! ;! 5 5 ! * 为球面 透镜 ! 实验中使 用 的 是 德 国 1 B = G J 公司生产! P个单元 的芯片 ! 其前端面 镀 有 透 过 率 为 的 增 透 膜 ! 有源层宽度 为! 发光单元的周期为+ 快轴发散角为 ) )" J! ) )" J! * ! 中心波长为@ ! 慢轴发散 角 为 ! " & ) @A J% 柱 " ) j ) j ! L# 的 焦 距 小 于 ! 用 来 准 直 快 轴 方 向 的 光 束% 透镜 5 ! JJ ! H & !!3 Q L = H J L A M G % B S T L J G M H S$ C L Q M L = A G % > S G W H M % G B L =K H $ K LG = = G F < U U 球面透镜 D 高反镜 ;! 对 @ ) @A J 波长的反射率为P P] ! 图 !! 实验光路图 用 来 汇 聚 光 线! 以便进行光谱和阈 5 @JJ! * 的焦距为 " 值的测量 % ( " P) 为了更好的把光 反 馈 回 5 我 们 将 腔 长 # 选 择 为 !& 此时列 7 6! @S J 左 右! !! 根据前人的模式耦合理论 % ! 阵运行于低超模下 % 我们测得了 5 如 图 * 所 示%图 中 菱 形 曲 线 为 无 外 腔 时 的 7 6 在 加 外 腔 前 后 的 阈 值 变 化! 阈值特性曲线 ! 加号型曲线为有外腔时的阈值特性曲线 % 我们使用插值法可以估算出无外腔和有外腔时 5 7 6 的阈值 ! 无外腔时的阈值是 "6! 有外腔时的阈值为 +& % 从图中还可以看出 ! 无外腔时 的功率随着电 +6 5 7 6 流的增加而缓慢的增加 $ 有外腔后 ! 与无外腔时相比 ! 阈值降低了 !& 5 7 6 的阈值特性有了明显的改善 ! +6% 我们测量了列阵每个单元的输出功率随着列阵总驱动电流的变化趋势 ! 并估算了他 7 6 自由运行时 ! !! 在 5 们 的阈值 % 结果标明每个单元的阈值都不相同 ! 阈值间最小差别为)& 最大差别为!& 在同一驱 ?6! "6% 因此 ! ( ! )) 对相干公司生产的 动电流下 ! 每个单元的光谱都可能 是 不 同 的 %5 H I 等 人 在 列 阵 驱 动 电 流 一 定 的 情 况 下! 结果表明各单元的光谱有一定的差别 % 我们测量了当驱动电 : !** ) 9 型列阵的 ! P 个单元的光谱进行了测量 ! 流 分别为 P6 和 ! " # 可见 ! 在?^P6 时 ! 自 *6 时 ! 5 7 6 在外腔和自由运行时的光谱特性如图? 所示 % 从图? G 由 运行的5 的光谱宽度为 ! 峰值波长为 $ 在有外腔反馈时光谱宽度下降到 ! 峰值波 7 6 *& *A J @ ) *& !A J )& * "A J 长变为 @ 光谱压窄到了原来的 ! & " # 可见 ! 在?^! 自由运行的 5 ) ,& OA J! @% 从图 ? N *6 时! 7 6 的光谱宽度为 峰值波长为 @ 在有外腔反馈时光谱宽度变为 )& 峰值波长变为 @ 光谱压窄到 ! m PA J! ) ?& @A J$ ! OA J! ) +& +A J!
* ) ) , > ! ! > * *$ * ) ) + > ) ! > * ) " 收稿日期 ! !! 修订日期 ! 基金项目 ! 国家自然科学基金委 中国工程物理研究院联合基金资助课题 " # > ! ) * " O ) * O 作者简介 ! 陈海波 " ! 男! 硕士研究生 ! 目前主要从事二极管激光器技术研究 $ + ! P @ )*# 3 > J G H % S T L J T H H A G & S $ J% !B

增!刊

陈海波等 ( 半导体激光器列阵在外腔下的光谱特性

P +

了原来的 ! ! 无论是在有外腔 ! *" 从图 ? 我们可以 看 出 # 还是自由运行的情况下 # 5 7 6 峰值波 长 都 会 随 着 电 流 的 增大而增大 $ 在外 腔 中 运 行 时 # 5 7 6 的光谱特性发生了 明显的变化 # 光谱宽度大大的被压窄了 # 峰值波长发生了 偏移 # 输出的光功率增 大 到 自 由 运 行 时 的 ? 倍 左 右 " 此 外# 随着电流的增加 # 外腔 5 7 6 的一些光谱成分得到了
% ,& 抑制 # 光 谱 宽 度 略 为 变 窄" 2 G A > 0 F等人 通过使用 D

标准具和光栅做成的外腔 # 把有源层宽度为 * ) )" J 的? 个 单元的 5 7 6 输出光谱从 *& *A J 压窄到了的)& ) "A J 以内 " 本文中试验结果 与 其 相 比 # 光谱压窄的程度要小 些# 主要原因在于他 们 采 用 了 D > 0标准具和光栅两种选
D H & *!8 T = L B T $ % KS I = W L$ C5 7 6R H M TG A KR H M T $ I ML Q M L = A G % S G W H M F U 图 *!5 7 6 自由运行和在外腔下运行的阈值特性曲线

模元件并使用了慢轴准直透镜对慢轴的发散光束进行了准直 # 增强了光反馈 "

D H & ?!( L S M = G$ C5 7 6R H M TG A KR H M T $ I ML Q M L = A G % S G W H M MGK = H W LS I = = L A M$ C P6G A K! *6 F < UG 图 ?!5 7 6 列阵在不同的驱动电流下自由运行和有外腔下的输出光谱

%! 总 ! 结
我们压窄了输出光束的特性 # 使阈值电流降低了 !& 相对输出功 7 6 的外腔 # +6# !! 采用简单的高反镜做为 5 率提高了 * 倍 " 整个光路结构简单 # 易于调节 # 并在有外腔和自由运行的情况下 # 观察到了光谱红移的现象以 及随着电流的增大发生的模式抑制现象 "
致!谢! 感谢中国工程物理研究院应用电子研究所的唐淳副研究员 ’ 武德勇副研究员 ’ 高松信等人对本试验的大力支持 "

P O















第! "卷

参考文献 !
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