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锑化物作为窄带隙半导体材料,禁带宽度覆盖了1.5~5 μm波段,是中红外波段半导体激光器理想的材料体系,利用锑化物半导体激光器产生短波红外(2 μm)激光是目前的研究热点,可为红外激光对抗、生物显微镜、医学照明、塑料焊接等提供优质光源。
笔者团队与中国科学院半导体研究所合作,自2017年以来开展了2 μm波段锑化物半导体激光器技术及其应用研究。最近,研究组利用石英光纤透镜直接耦合0.5 W激光芯片获得了0.28 W的短波红外激光输出。2 μm波段锑化物半导体激光器基于最先进的量子阱外延层生长技术,采用锑化物为基底、高可靠性脊波导结构,法布里-珀罗腔型。锑化物半导体激光芯片采用COS封装方式,芯片有源区尺寸为100 μm×1 μm,快慢轴发散角分别约为28°和44°,耦合方式采用楔形光纤透镜直接耦合。输出光纤采用芯径105 μm的石英玻璃光纤,光纤输出口采用SMA-905结构,实物如图1所示。
图 1 锑化物半导体激光器光纤耦合模块实物图
Figure 1. Photograph of the fiber coupling module for GaSb-based semiconductor laser
锑化物半导体激光器光纤输出模块功率和光谱输出特性如图2所示。试验中,COS芯片输出激光功率为0.5 W,耦合光纤后输出功率达到0.28 W,耦合效率为56%。光纤透镜端面未进行镀膜处理,导致一定的耦合损耗。输出激光光谱分布在2 050~2065 nm,呈树状谱分布,线宽达15 nm,有多个纵模。这是由于增益芯片为FP腔型结构,选频不够单一,进一步的光谱整形可采用DFB结构,实现窄线宽输出,但输出功率会大大降低。利用CCD测量光纤输出端的激光近、远场分布如图3(a)、(b)所示。下一步将基于以上光纤透镜耦合平台,通过多路光纤合束等方式实现功率进一步提高和光束质量改善。
2 μm锑化物半导体激光器光纤输出模块
doi: 10.3788/IRLA20220493
- 收稿日期: 2022-07-15
- 修回日期: 2022-08-01
- 录用日期: 2022-08-05
- 刊出日期: 2022-08-31
English Abstract
Fiber coupling module for GaSb-based semiconductor laser at 2 μm wavelength
- Received Date: 2022-07-15
- Accepted Date: 2022-08-05
- Rev Recd Date: 2022-08-01
- Publish Date: 2022-08-31