4.Типы квантово-каскадных лазеров
Квантово-каскадный лазер с резонатором Фабри-Перо:
ККЛ с резонатором Фабри - Перо — лазер, имеющий в качестве резонатора два плоских зеркала и допускающий как одномодовый, так и многомодовый режим излучения.
Р
езонатор
Фабри-Перо — является основным видом
оптического резонатора и представляет
собой два соосных, параллельно
расположенных и обращенных друг к другу
зеркала, между которыми может формироваться
резонансная стоячая оптическая волна.
В лазерах одно из зеркал делается обычно
более пропускающим для преимущественного
вывода излучения в этом направлении.
Обычно такие лазеры имеют многомодовый спектр излучения с полушириной около 30 нм, которая является исключительно подходящей для обнаружения составляющих жидкостей или для линий спектра поглощения газов в области их одинокого расположения, т. е. свободной от линий поглощения других газов.
Данные лазеры работают при комнатной температуре в импульсном режиме. Усредненные по времени выходные мощности составляют несколько мВт, что соответствует пиковым значениям мощности в импульсе в нескодько сотен мВт. Квантово-каскадные лазеры с Фабри-Перо резонатором способны выдавать большие мощности, но обычно в многомодовом режиме при большом токе. Длина волны может быть изменена в основном за счет изменения рабочей температуры квантово-каскадного лазера.
Лазер с распределенной обратной связью:
Лазер с распределенной обратной связью (DFB лазер) — полупроводниковый лазер, обратная связь в котором создается за счет отражения световых волн от периодической структуры, создаваемой в активной среде.
П
ериодическая
структура представляет собой распределённый
отражатель в диапазоне длин волн лазерной
генерации и, обычно, выполняется с
равномерным фазовым сдвигом. Эта
структура является по существу прямым
объединением двух брэгговских решёток,
с оптическим усилением в них. Волоконная
брэгговская решетка - оптический элемент,
основанный на периодическом изменении
показателя преломления сердцевины или
оболочки оптического волокна,
изготавливаемые путём облучения
фоточувствительного одномодового
волокна интенсивным излучением УФ-лазера.
Два луча лазера сбиваются таким образом,
чтобы волокно оказалось в зоне
интерференции. В местах экспонирования
коэффициент преломления необратимо
увеличивается и в волокне таким образом
формируется периодическая структура
полос с чередующимся показателем
преломления. Устройство имеет несколько
осевых мод в резонаторе, но, как правило,
это одна мода, которая имеет преимущество
в условиях потерь (это качество связано
с вышеупомянутым фазовым сдвигом).
Б
ольшинство
лазеров с распеределённой обратной
связью – это либо волоконные или
полупроводниковые лазеры, работающие
в режиме генерации одиночной моды
(одночастотная генерация). В случае
волоконного лазера распределённое
отражение возникает в волоконной
брэгговской решётке, обычно её длина
составляет несколько миллиметров или
сантиметров.
Конструкция полупроводникового DFB лазера может содержать интегрированную решётку, например гофрированный волновод. Решётка может быть выполнена на поверхности активного слоя, однако при таком методе выращивание слоя отнимает много времени. Альтернативой этой конструкции является структура с боковым нанесением, где решётки выполнены с обоих сторон активного слоя. Полупроводниковые DFB-лазеры способны излучать в различных спектральных диапазонах, от 0.8 мкм до 2.8 мкм. Их выходная мощность составляет десятки милливатт. Ширина линии модуляции, как правило, составляет несколько сотен МГц.
Квантово-каскадные лазеры с внешними резонаторами
В квантово-каскадном лазере с внешним резонатором (ЕС) в котором устройство квантового каскадная структура служит в качестве активной среды лазера. Одна или обе грани волновода имеют антибликовое покрытие, которое предотвращает формирование резонатора между гранями кристалла. Зеркала потом встраиваются во внешний резонатор.
В последнее время активно развивается одно из направлений лазерной физики, связанное с созданием лазеров с вертикальным резонатором и, в частности, с вертикальным внешним резонатором. По ряду параметров, таких как качество пучка излучения, возможность масштабирования мощности при увеличении сечения пучка, такие лазеры с оптической накачкой значительно превосходят традиционные полосковые полупроводниковые лазеры. Кроме того, для повышения эффективности нелинейно-оптического взаимодействия, принципиально важной является возможность размещения нелинейного кристалла в резонаторе лазера и фокусировки оптического излучения в этом кристалле.
Н
а
рисунке представлена схема ККЛ в
конфигурации Литтрова с внешним
резонатором, включающим дифракционную
решетку. Если частотно-селективный
элемент включен во внешний резонатор,
то возможно получить одноволновую
генерацию. Например, с использованием
дифракционной решетки можно создать
лазер, перестраиваемый более чем 15% от
центральной длины волны генерации.