6.2 被動鎖模外腔式雷射可調變波長之特性
6.2.4.2 增益電流對激發態發光鎖模脈衝的影響
為了要觀測增益電流對激發態發光鎖模脈衝的影響，圖 6-12為先將逆向偏壓固定，
當增益電流由 90mA 略大於臨界電流時，並有足夠的光強度可讓儀器偵測到訊號，然後 每隔 10mA 測量一次直到 180mA，去量測其脈衝寬度與光譜半高寬之變化。透過圖 6-12 (a)可觀察到自相關儀所量測的脈衝寬度介於 12ps 至 27ps 之間，並在增益電流位於 180mA 處出現一最窄脈衝寬度約為 12ps 左右，發現激發態脈衝寬度隨著增益電流的增 加而減少；圖 6-12 (b)可觀察到光譜分析儀操作在解析度為 0.05nm 下，所量測的光譜半 高寬介於 0.07nm 至 0.4nm 之間，並在增益電流位於 105mA 處出現一最窄光譜半高寬約 為 0.07nm，可清楚觀察到隨著增益電流的增加，光譜半高寬有些微的隨之增加。而在 TBP 方面，如圖 6-12(c)所示，因 TBP 正比於光譜半高寬與脈衝寬度，但在脈衝寬度隨 逆向偏壓增加而減少，光譜半高寬隨逆向偏壓增加而增加的情況下，TBP 幾乎不隨逆向 偏壓而有所改變，介於 0.3 至 1.2 之間。
(a) (b)
100 120 140 160 180
15 20 25
Gain current (mA)
Pulsewidth (ps)
100 120 140 160 180
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
Linewidth (nm)
Gain current (mA)
(c)
100 120 140 160 180
0.0 0.5 1.0 1.5
TBP
Gain current (mA)
圖 6-12增益電流對激發態發光鎖模脈衝的影響
被動鎖模外腔式雷射其基態與激發態發光之特性比較 6.2.5
本章節為使用兩段式被動鎖模量子點雷射元件(Lm4917)，繞射光柵選擇位於基態與 激發態發光處，其脈衝寬度之比較。圖 6-13(a)與圖 6-13 (b)分別為自相關儀操作在基態 發光波長為 1280nm 與激發態發光波長為 1200nm 下，所量測的脈衝寬度隨著逆向偏壓 之變化。由圖 6-13可明確觀測出激發態在逆向偏壓值較小時(0V 至-3V)，脈衝寬度遠小 於基態，推測其原因可能為激發態原先的能量高於基態，會使飽和吸收區帶走電子電洞 的速度加快而縮短回復時間，造成總增益為正值的時間更為短暫，因而使脈衝寬度較窄，
但由圖 6-13可看出基態與激發態的最窄脈衝寬度皆為 12ps 左右，並無太大的差距。
(a) (b)
圖 6-13 (a)基態 (b)激發態的最窄脈衝寬度之比較圖
-1 -2 -3 -4 -5 -6
10 20 30 40
Pulsewidth (ps)
Absorber bias (V)
-1 -2 -3 -4 -5 -6
10 20 30 40
Pulsewidth (ps)
Absorber bias (V)
6.3 被動鎖模外腔式雷射可調變重複率之特性
RF Power (dBm)
87.2MHz
RF Power (dBm)
265MHz
RF Power (dBm)
Frequency (GHz)
圖 6-15為將外腔式雷射共振腔長做小幅的調整，由共振腔長約為 6.91cm 處，每隔 0.75mm 測量一次直到 7.07cm，用 RF 頻譜分析儀所量得的兩段式被動鎖模量子點外腔 式雷射重複率小範圍可調之頻譜圖，在此小範圍的調整中，光路並不需要任何額外的調 整，顯示外腔耦合與雷射鎖模的情況相當穩定。
圖 6-15 被動鎖模外腔式雷射可調變的重複率小範圍之特性量測
2.13G 2.15G 2.17G
-80 -60 -40 -20
L e v e l
Frequency (Hz)
-05 -04 -03 -02 -01 00 01 02 03 04 05 06
被動鎖模外腔式雷射可調變最低重複率(87.2MHz)之特性量測 6.3.2
圖 6-16 為使用兩段式被動鎖模量子點雷射(Lm4917)耦合繞射光柵，選擇波長為
1280nm 的基態發光，操作在增益電流為 55mA、逆向偏壓為-4V 時，可調變最低重複率 (87.2MHz)之特性量測。圖 6-16 (a)與圖 6-16 (b)為使用 RF 頻譜分析儀分別操作在 RBW
RF Power (dBm)
RBW: 5MHz / VBW: 0.3MHz
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
RF Power (dBm)
(c)
6.4 結論
在 Lm4917 五層砷化銦兩段式被動鎖模量子點樣品的實驗中，臨界電流在 200mA 下，基態發光所具有的調變範圍為 1267nm 至 1300nm，共 33nm；激發態發光所具有的 調變範圍為為 1190nm 至 1220nm，共 30nm。其脈衝寬度最窄為 7ps(位於逆向偏壓位於 -4V 處)，光譜半高寬最窄為 0.05nm(位於增益電流 30mA 處)。而我們成功調出最低重複 率為 87.2MHz 的兩段式被動鎖模量子點雷射，為目前文獻上所能調變的最低重複率，
大大的提升其在醫學上的利用價值。但其最低的重複率也有限制，當光在共振腔中來回 一趟的時間大於量子點中的載子生命期(carrier lifetime, ~ 1 ns)時，自發性放射產生的光 子會在共振腔中累積，而有一定機會產生額外的脈衝，造成有多個脈衝同時在共振腔中 傳播，或造成鎖模頻率的不穩定，因此限制了重複率的下限。