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多波长与可调波长面射型雷射
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2024-12-12 | 51 次浏览 | 分享到:

由于1980年代末期分波长多工(wavelength division multiplexing, WDM)光纤通讯技术也开始发展,能发出不同波长的雷射二极体是满足此一需求不可或缺的关键零组件[47]。在1991年时任职于 AT&T 因应反托拉斯法分拆后的子公司 Bell Communication Research(Bellcore)的李天培博士与转任教于UC Berkeley 的常瑞华教授共同发表利用MBE磊晶成长过程中借由控制磊晶片旋转与否所造成的磊晶层厚度些微差异,可在同一个磊晶片上获得不同共振腔发光波长的面射型雷射阵列,最初采用的活性层材料为波长980nm的 InGaAs应变量子井,成功制作出7×20共140颗发光波长间距3A,总波长可选择范围达 430 A 的面射型雷射阵列[48]。1994年东京工业大学 F. Koyama和Iga 教授团队利用 MOCVD 在蚀刻的图案化基板(patterned substrate)上成长多波长面射型雷射阵列,借由不同磊晶表面尺寸造成长晶速率差异,可在单一磊晶成长过程中获得不同的共振腔发光波长。其中活性层为三层 8nm 厚的 Ga0.8In0.2As 应变量子井,上下分别为20.5对的p型与n型 GaAS/AlAs DBR。所制作的3×3面射型雷射阵列阈值电流为3mA,主要发光波长1微米,平均发光波长间隔为2.8nm,最大发光波长可选择范围大于45nm49]。1995年常瑞华教授团队与史丹佛大学J.S.Harris教授合作利用MBE 磊晶过程中加热基板局部温度差异造成磊晶层厚度变化,同样可以在平面基板上获得不同的发光波长。相邻的九个元件中发光波长从960nm 到将近 980nm,可选择范围约 20nm50]。稍后该团队进一步将波长可选择范围扩展到 62.7nm,单一元件阈值电流值为2.160.81mA。[S1

日本 NEC 公司 H. Saito 团队也在1995年[52]和1996年[53]发表利用 MBE 搭配金属遮罩部分屏蔽分子束沉积在基板的方式,选择性成长额外的磊晶层以调整面射型雷射共振腔长度,因而获得不同的输出波长。在相邻的四个面射型元件中发光波长从927nm 到943nm,阈值电流值小于1mA且输出功率可达1.5mW以上。

若要获得更大的波长可调范围因应密集分波长多工(dense wavelength divisionmultiplexing, DWDM)的需求,利用微机电方式制作可动式机械结构以调整共振腔长度获得特定波长输出成为较可行的方案。常瑞华教授团队率先在1995年实现微机电调整共振腔长度的可调波长面射型雷射元件,采用悬臂(cantilever) 式上反射镜结构可以在施加 5.7V 的偏历下达到 15nm 波长可调范围[54],稍后史丹佛大学J,S. Harris 教授团队也同样在GaAs 基板上达成类似的波长可调面射型雷射元件,采用悬空的薄膜(membrane)式 Au/SiHxHy/GaAs上反射镜,可以在20.5V 镜面偏压下达到 17.9nm 波长可调范围[55]。1999 年美国 CoreTek 公司研究团队发表利用半对称共振腔(half-symmetric cavity)悬空薄膜反射镜结构,980nm 激发光源照射下可以发出1.55微米雷射光输出,功率可达2mW,且薄膜镜面在0~39V 偏压范围下可以使输出雷射波长从 1564nm 缩短到1514nm,波长可调范围达 50nm56]。此时已经有上述研究团队成立公司专门从事可调波长面射型雷射研发生产,正式将长波长面射型雷射商品化。