漸寬增益區半導體雷射放大器應用之研究：波長調變與飛秒光放大

Abstract

本論文中對於漸寬增益區半導體雷射在連續波波長可調，及飛秒脈衝注入放大兩部 分做了研究。對於波長可調實驗部分，利用本實驗室過去所發展之單波長與變波長 外腔式半導體雷射架構，在單波長調諧實驗結果中得知此類半導體雷射非常適合用 於單波長輸出的操作，系統具有波長調變範圍大、光譜線寬較有與輸出光功率變化 小的優點。雙波長輸出在外界環境與模態競爭強烈的因素影響下，較難得到穩定輸 出。我們首度報導新型的可程式化(programmable)波長調變半導體雷射，這是利用 特殊設計的螺線狀端面鏡，提供一個能達成多樣波長調變模式的外腔式半導體雷射 光源系統，另外也可用以線性掃描雷射光束，本系統的單波長調變範圍可達14nm寬 ，且其旁模抑制率可達30dB以上，在波長掃描速度上可達1400 nm/sec ，光束掃描 率為0.7 degrees/nm，該系統具有容易設計、緊緻性佳及商業價值高等優點。在飛 秒脈衝注入放大實驗部分，我們首度證明漸寬增益區半導體雷射將次皮秒級雷射脈 衝放大的可行性。利用非共線式自相關儀量測自相關軌跡與二倍頻訊號強度，可觀 察脈衝寬度隨注入電流變化的情形。我們也發展了一套計算放大後短脈衝能量所佔 比例的方法。研究結果中顯示漸寬放大器(tapered amplifier) 對次皮秒脈衝放大 的增益最大約10dB左右，隨著操作電流增加( 由低於閥值至1.63倍閥值 )，輸出脈 衝寬由267 fs增至441 fs，而輸出光譜頻寬則隨之減小，由轉換極限之觀點可以說 明脈衝隨電流增加而變寬約合理解釋，在閥值處總輸出中飛秒脈衝所佔比例僅68% 。