半導體雷射器的模式

半導體雷射器的模式是雷射器光學諧振腔中穩定的光場分布方式。光場在光腔的三個方向上必須滿足諧振條件，即形成駐波分布。垂直於PN結方向的分布稱為垂直橫模，平行於PN結方向的稱為側向橫模，而沿著光軸方向形成的一系列駐波稱縱模。

基本介紹

• 中文名：半導體雷射器的模式
• 類別：光場分布方式
• 適用範圍：物理研究
• 使用條件：滿足諧振條件

模式結構

雷射器的模式結構可從光譜測量和近場觀察中看出。縱模是光譜的主要結構,雷射器一般是多縱模的,各模之間的間隔與腔長有關,腔長越長則縱橫間距越短,縱模間距一般為幾個埃，橫模也可從光譜的精細測量中得到。雷射器輸出光譜的三種典型結構見圖1、2、3。圖1是單橫模、單縱模雷射器的輸出光譜，只有一個峰值，光譜的半寬度與腔的結構有關，對法布里-珀羅諧振腔，單縱模半寬度為2～3埃。圖2是單縱模、多橫模結構，有二個峰值，對應於雷射器有一階橫模存在，橫模間距不足1埃。圖3是多橫模、多縱模的光譜結構。橫模也可從雷射器的近場觀察中看出，如果腔面只有一個光強分布的最大值(即一個亮點)，則器件在基橫模下工作；如在水平方向存在二個亮點，則器件有一階側向橫模存在，亮點增多，高階橫模的階數增大。

纖綠半導體雷射模組

選擇方法

模式控制是雷射器研究的主要課題之一。橫模由腔的大小和腔內外折射率的差別決定。波導模式的有效折射率與腔的厚度和寬度有關，厚度和寬度越小則有效折射率越低，而在波導中傳播的各階橫模的有效折射率隨著模階數的增大而減小。基橫模的有效折射率最大，所以能控制腔的厚度和寬度，使高階橫模的有效折射率低於或等於腔外介質的折射率，使之漏出腔外，這樣光腔中便只存在基橫模振盪。對於InGaAsP/InP雙異質結雷射器,當有源區厚度小於0.5微米時就能得到單一垂直基橫模。側向橫模由採用的條形結構決定，對於發射波長為1.3微米的InGaAsP/InP雙異質結隱埋結構,用InP作埋區，實驗上條寬小於2微米就能得到單側向橫模的輸出。

縱模的選擇比較困難，除了與腔的大小有關外，還依賴於增益分布和腔面反射對模式的選擇。在器件結構上用光柵選模是很有效的方法。把光柵做在有源區上面（或下面）的包層中的稱分布反饋結構，把光柵做在有源區二端用於代替端面反射鏡的稱分布反射結構，這兩種結構都能得到單縱模輸出，但製備的工藝技術要求相當高。另外也可採用外腔結構式注入鎖模，得到頻寬窄的單模輸出。