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技術(shù)前沿

激光器中橫向模式

激光制造網(wǎng) 來源:芯片工藝技術(shù)2023-10-20 我要評論(0 )   

通常對于光通信用的激光器,波導(dǎo)設(shè)計用來實現(xiàn)單一橫向模式。通過調(diào)節(jié)包覆層周圍區(qū)域的厚度、脊型波導(dǎo)器件中脊形的刻蝕深度等,從而得到單模器件。對于激光器的重要性體...

通常對于光通信用的激光器,波導(dǎo)設(shè)計用來實現(xiàn)單一橫向模式。通過調(diào)節(jié)包覆層周圍區(qū)域的厚度、脊型波導(dǎo)器件中脊形的刻蝕深度等,從而得到單模器件。對于激光器的重要性體現(xiàn)在以下幾方面:


1) 模式形狀會控制器件的遠(yuǎn)場圖案。

如上圖,不做脊型波導(dǎo)設(shè)計的a芯片和窄脊型波導(dǎo)芯片b。遠(yuǎn)場圖案對相干光源而言,實質(zhì)就是近場圖案(器件中模式形狀)的傅里葉變換。

   單模的遠(yuǎn)場圖案對于脊形波導(dǎo)器件是一個適中的30°發(fā)散角的較遠(yuǎn)的光束,大面積器件的遠(yuǎn)場圖案則拉的很長,面內(nèi)發(fā)射幾度,面外非常發(fā)射。對于后期耦合到光纖是是非困難的。

2)激光器需要單模的第二個原因:器件實現(xiàn)真正單波長非常必要。DFB激光是使用周期光柵制備單模激光器,這是基于有效折射率來反射單一波長,不同橫向模式具有不同的有效折射率,因此具有DFB光柵的多模波導(dǎo)可以有一個以上的波長輸出。

   

  現(xiàn)實中,介質(zhì)波導(dǎo)只是半導(dǎo)體激光器實際波導(dǎo)的簡單一階模型。激光器的波導(dǎo)區(qū)域也是增益區(qū)域,所以折射率具有與增益相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)部分(或者說無電流時的損耗分量)。

     光學(xué)模式成為“增益導(dǎo)向”以及折射率導(dǎo)向,而不需要真正精確的光學(xué)截止設(shè)計,這種增益導(dǎo)向的趨勢是偏向單一模式的傳播。實踐中,根據(jù)折射率分布計算的遠(yuǎn)場和模式結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),可能與制造器件的測量值有顯著不同。


  作為波導(dǎo), 半導(dǎo)體激光器將同時支持TE和TM模式,TE是橫向電場,TM是橫向磁場。但是在半導(dǎo)體量子阱激光器中,發(fā)射的光主要是TE極化。這是基于腔面處,TE和TM模式的反射系數(shù)不同,而且大多數(shù)激光器都本征的高度極化。

   對于TE和TM模式,只有某些離散的角度可以成為導(dǎo)引模式,從而沿波導(dǎo)傳播。就像標(biāo)準(zhǔn)具的中的光,必須經(jīng)過相長干涉來使標(biāo)準(zhǔn)具支持某個特定波長一樣,波導(dǎo)中的光也必須經(jīng)過相長干涉,讓特定“模式”得以存在,對應(yīng)于特定的入射角。

   在波導(dǎo)的分析中,典型的做法是固定波長,而自然選擇其傳播的角度,理由是一樣的,假設(shè)腔體中的平面波源自底部邊緣上的所有點,如果往返行程不是波長的整數(shù)倍的話,相消干涉將最終導(dǎo)致該光波消失。

允許模式的定義是,兩個等效點之間的凈相位差是2π的整數(shù)倍。


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