张福领 付丽珊 胡丕丽 韩文杰 王宏卓 张峰 关宝璐†

1) (中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州 450047)

2) (北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室,北京 100124)

基于共振耦合腔理论,提出并设计了基于亚波长光栅耦合腔的795 nm 垂直腔面发射激光器((vertical cavity surface emitting laser,VCSEL),利用COMSOL 软件有限元方法对多光腔耦合线宽压窄机制和影响因素进行了详细分析,研究发现,当光子在多耦合腔中进行谐振时,通过合理设计光栅耦合腔参数,精确调控激光器多耦合腔相位匹配,极大地促进了光谱线宽共振压窄效应,并最终获得了高光束质量795 nm VCSEL 激光器的超窄线宽输出.理论结果表明,当耦合腔间隔层厚度为180 nm 时,反射光谱冷腔线宽Δλc 可以达到7 pm,为实现VCSEL 激光器kHz 量级光谱线宽输出奠定了理论基础.

1 引言

随着大数据时代的来临,光网络信息处理不断增加,高密度宽带通信不断提高,高性能垂直腔面发射激光器已成为不可或缺的核心组成部分,被广泛地应用到光通信、3D 传感、光互连、光计算和医疗等领域中[1−6].特别是随着原子钟、原子陀螺仪及光泵磁力仪等高新技术领域的不断发展[7−9],超窄线宽高光束质量VCSEL 越来越成为人们关注的热点[10−12].目前,为了实现VCSEL 激光器窄线宽光谱输出,通常采用减小线宽展宽因子和增加激光器共振腔长等方法[13],例如,Moller 等[14]在高频电流调制下减小VCSEL 的线宽增强因子,获得了70 MHz 线宽输出.为了进一步压窄线宽,Serkland等[15]通过增加VCSEL 共振腔有效腔长,将VCSEL线宽由50 MHz 减小到23 MHz.同时,人们还采……