自发辐射对量子级联激光器发光噪声的影响.PDF

第３０卷　第３期 发　光　学　报 Ｖｏｌ３０ Ｎｏ３ ２００９年６月 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ Ｊｕｎ．，２００９ 文章编号：１０００７０３２（２００９）０３０３８９０５ 自发辐射对量子级联激光器发光噪声的影响 １，２ ２ 陈贵楚 ，范广涵 （１．肇庆学院物理系，广东 肇庆　５２６０６１；　２．华南师范大学 光电子材料与技术研究所，广东 广州　５１０６３１） 摘要：为得到量子级联激光器特有的光噪声特性，通过在速率方程中引入Ｌａｎｇｅｖｉｎ噪声源以及自发辐射因 子的方法，在单模与线性增益的情况下讨论了自发辐射因子及与偏置电流等参数与光噪声的强度及带宽等 特性之间的关系，计算结果表明，增大自发辐射因子能降低光噪声的强度，增宽光噪声的３ｄＢ截止频率，进一 步的研究也表明，自发辐射因子对光噪声的影响与激光器的偏置电流有密切关系，这种影响在偏置电流较小 时比较明显，但当偏置电流很大时自发辐射因子对光噪声的影响将变得很弱。 关　键　词：量子级联激光器；光噪声；速率方程 中图分类号：ＴＮ２４８．４　　　ＰＡＣＳ：７８．５５．Ｃｒ　　　ＰＡＣＣ：７８５５Ｅ　　　文献标识码：Ａ 因子 ，对ＱＣＬ的光噪声与自发辐射因子的关系 β １　引　　言 进行理论分析，可以获得ＱＣＬ的噪声特性。 量子级联激光器（ｑｕａｎｔｕｍｃａｓｃａｄｅｌａｓｅｒ，简称 ２　速率方程与计算 ＱＣＬ）是单极性发光器件，是目前最重要的中远红 ［１，２］ 外光源 。与双极型半导体激光器（ｓｅｍｉｃｏｎ 我们引用的器件模型来自于文献［３］，图１ ｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ，简称ＳＬ）的电子与空穴复合发光不同 是其能带结构与电子在能级间的输运过程。在激 的是 ＱＣＬ是由电子或空穴在导带或价带的子能 射条件下，注入的电子从注入层通过隧道效应穿 级之间发生跃迁而产生激光。ＱＣＬ的有源层是 过第一个势垒在第一个阱中的子能带Ｅ上积累， ３ 由多个周期重复的单元组成，每个单元由一个注 通过控制子带间弛豫速率，电子在同一阱中的子 入区与一个增益区组成，重复的数目可以从几十 能带Ｅ与Ｅ上形成粒子数反转，电子从能级Ｅ ３ ２ ３ 到上百。与ＳＬ只有一个增益区比较，ＱＣＬ的载 向Ｅ跃迁产生激光，激射光子的能量等于这两个 ２ 流子能在多个增益区实现多次发光，而且 ＱＣＬ的 能级之差；能级Ｅ上的电子以较快的弛豫速率向 ２ 器件结构远比ＳＬ要复杂得多，其有源层的体积也 相邻阱中的子能级Ｅ转移，再由Ｅ能级经过渐 １ １ 比ＳＬ大得多。 由于ＱＣＬ不同于ＳＬ的发光原理，ＱＣＬ的噪 声会表现出与ＳＬ不同的