研究目的
提出一个速率方程模型，用于研究带间级联激光器（ICLs）的动态特性，包括强度调制（IM）响应、相对强度噪声（RIN）和频率噪声（FN）。
研究成果
该研究从理论上证明，较大的增益级数可提升集成外腔激光器（ICLs）的调制带宽，而较小的级数则能同时降低相对强度噪声（RIN）和频率噪声/线宽比（FN/linewidth）。
研究不足
该研究为理论性研究，未涉及实验验证。模型忽略了电子和空穴注入器中的载流子动力学特性，这可能会影响结果的准确性。
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 2019.6.23-2019.6.27] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 带间级联激光器的速率方程建模
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 2019.6.23-2019.6.27] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 带间级联激光器的速率方程建模
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8871482
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
带间级联激光器（ICLs）是用于多种分子传感和自由空间光通信的高能效中红外激光源。自R. Yang首次演示以来[1]，ICLs的静态性能（包括激射阈值和输出功率）已显著提升?；贕aSb的ICLs在3-4 μm光谱范围内具有最佳性能，这是量子级联激光器难以企及的[2]。本研究提出了一个速率方程模型，用于研究ICLs的动态特性，包括强度调制（IM）响应、相对强度噪声（RIN）和频率噪声（FN）。通过考虑W形有源区中的载流子动力学而忽略电子和空穴注入区中的载流子动力学[3]，建立了载流子数N、光子数S和电场相位φ的速率方程?；谏鲜鏊俾史匠痰谋曜夹⌒藕欧治觯颐欠直鹜频汲鯥M响应、RIN和FN的解析公式（本文未展示）。图1(a)插图显示，在低泵浦电流下ICLs的IM响应呈现欠阻尼共振峰，且调制带宽随泵浦电流增加而增大（与传统激光二极管一致）。图1(a)证明增加增益级数有助于提升ICLs的调制带宽。图1(b)插图显示共振频率处RIN升高，而较少增益级数可降低全频段RIN。图1(b)表明低频段（<1.0 GHz）RIN随增益级数非线性增加。图1(c)插图显示ICLs的FN在共振频率处升高，较少增益级数同样能降低全频段FN。图1(c)中ICLs的本征光谱线宽通过低频FN水平获得，发现其随增益级数线性增加，与推导公式一致。总之，理论证明较多增益级数有利于提升调制带宽，而较少增益级数则有助于降低ICLs的RIN及FN/线宽。
作者：
Yu Deng，Cheng Wang
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