缩小绿光激光器的线宽

分布式反馈光栅提高了基于氮的绿光激光器的光谱纯度

沙特阿拉伯阿布都拉国王科技大学的研究人员宣称，他们制作了首款基于 InGaN、并具有一个分布式反馈 (DFB) 光栅的绿光激光器。

据研究小组发言人 Boon Ooi 表示，通过增加这个光栅，可制成一种有益于传感、原子钟和水下无线光通信的单波长光源。

Ooi 说：“可使这些 DFB 绿光激光器与大阳光谱的低背景噪声线（也被称为夫琅和费谱线）相匹配，从而改善环境传感器和可见光通信的信噪比。”

据他说，通过实现基于未知原子跃迁的新设计的开发，这些绿光光源还能改善原子钟技术。

Ooi 解释说：“此外，人们还预期 DFB 绿光激光器将适合快速调制，同时与海岸和混浊水域中的极低光吸收水平相匹配。”由于具备这些优点，因此 DFB 绿光激光器是一种很有前途的水下无线光通信用光源。

Ooi 和他的同事在他们手头上的一个商用激光器中插入了一个 DFB 光栅，这个激光器碰巧来自欧司朗 (Osram) 公司。Ooi 解释说：“我们使用了一个现成有售的激光二极管，结果证明可以容易地实现采用集成化 DFB 光栅的窄线宽绿光激光二极管。”

他和他的同事并未增添一个掩埋型光栅，他们认为这种做法需要晶体过度生长，往往会牺牲材料质量。作为替代方案，他们采用聚焦离子束形成一个 40 阶表面光栅。

以这种方式形成光栅对于快速实施来说是很理想的，但是并不适合大批量制造。如需批量生产 DFB 绿光激光器，Ooi 推荐采用 UV 光刻和电子束光刻等工艺。

研究人员通过给 Osram PLP520 增添一个 DFB 激光器来制作其器件，这是一款具有一个 4 μm 宽脊形波导管和一个 0.9 mm 长腔体的芯片。当以 300 mA 电流驱动时，该器件产生 141 mW 功率。

增添一个周期为 4.114 μm 的 DFB 光栅制成了一个窄波长光源。当以 300 mA 的电流驱动时，该器件具有仅 31 pm 的光谱宽度（以光线最大强度的 1/2 处的谱带全宽度来定义）和 36.9 dB 的边模抑制比。据该研究小组称，就基于 InGaN 的激光器而言，这是迄今为止报道的边模抑制比的最高值。

增添一个光栅的缺点是输出功率的大幅下降。在 300 mA 驱动电流下的输出功率跌至仅 14 mW。该研究小组将输出功率的这种急剧下降、以及外部量子效率的大幅滑落（从 20.7% 降至 3.5%）归因于光学性能的劣化。

较高的输出功率和效率应通过优化脊形宽度和长度、光栅阶次蚀刻深度、以及钝化工艺来实现。

现在，Ooi 和他的同事开始开发较低阶次的 DFB 光栅、以及晶圆规模制造，旨在缩小线宽。

Ooi 说：“另外，我们还在通信和其他应用中对我们的 DFB 激光器进行系统级测试。”

图：沙特阿布都拉国王科技大学的工程师通过给商用激光器增添表面光栅，制作了一款窄线宽绿光激光器。

参考文献

J. A. Holguín-Lerma et al. Appl. Phys. Express 12 042007 (2019)