利用外腔耦合達成可調單模半導體雷射實驗之研究

Abstract

未來光通信中，可調單模半導體雷射將為一重要元件，在多通道(Multichannel)光通 信系統中，發射端可利用波長呆調性來指定某一特定波長到每一通道中；另一方面， 在接收端這種波長呆調特性可作為本地振盪器(Local oscillator)，用來解調出特定 之通道。 本文由實驗上探討兩種利用外腔耦合結構來達成可調單模半導體雷射之特性：(1) 短 耦合腔(Short-coupledcavity) 結構－利用平面鏡作為外反射面；(2) 外部光柵回授 (External-grating-feedback) 結構。其特性係以可調度(Tunability)、旁模壓制比 (Side mode suppression ratio) ，以及線寬(Linewidth) 來表示。沒有抗反射鍍膜 (Anti-reflection coating) 在雷射二極體切面上，吾人在短耦腔結構中得到旁模壓 制比為23分貝(dB)及可調波長範圍為4 奈米(nm)；並且由實驗結果顯示，外腔長度最 佳範圍在d=(2/3)L到d=(4/3)L之間，其中d 為外腔長度，L 為雷射二極體腔長度，並 且此短耦合腔結構對溫度及機械之不穩定性非常靈敏，周圍環境的小小擾動均會造成 頻譜上之模跳(Mode hopping)現象。 在外部光柵回授中，沒有抗反射鍍膜在雷射二極體切面上，得到旁模壓制比可達26分 貝，其可調波長範圍為25奈米，線寬為1.4MHz；實驗結果顯示光柵紋密度越高且方向 與雷射二極體接面方向相垂直，可得到較大之波長可調範圍及旁模壓制比。同時，吾 人制作以延遲自外差法(Delayed Delayed self-heterodyne) 及延遲自同差法(Del－ ayed self-homodyne) 來量測線寬；這兩種方法的優劣差異比較，亦有作討論。最後 ，外部光柵回授可調單模半導體雷射之調變效應，包括有利用大信號調變來增進可調 度，使波長可調範圍及旁模壓制比均提高、小信號調變下，外腔共振高峰響應(Ext－ ernal cavity resonance peaks) ，以及大信號調變下之非線性特性，如週期加倍 ( Period doubling)，均有描述。