本實驗使用如圖 4-16 所述的外腔式雷射架構，由電源供應器注入連續波電流，使 用量子點雷射傾斜的波導設計，並搭配寬頻雙層抗反射鍍膜，耦合外部繞射光柵以實現 外腔式半導體雷射，並於溫度 20。C 下，用光譜分析儀操作在解析度為 0.5nm 時，光譜 廣度(span)範圍為 200nm 時，量測其外腔式雷射波長可調範圍之頻譜圖。
不同雷射樣品的外腔式雷射特性
圖 5-2 為使用量子點雷射(Lm4917)操作在外腔式雷射在電流為 150mA，臨界電流
密度 1.2 kA/cm2下，所能調變的波長範圍從短波長至長波長分別為 1153nm 至 1293nm，
波長可調變範圍為 140nm。旁模抑制比(SMSR)大部分皆大於 40dB。圖中可發現當波長 越往長波長調變時，約在 1280nm 附近漸漸出現另一波包，此為表面鍍膜後雷射基態的 自發性放射發光；而波長越往短波長調變時，則約在 1180nm 附近出現雷射的激發態發 光。
圖 5-3 為使用量子點雷射(Lm4917)操作在外腔式雷射其臨界電流對應雷射發光波
長的作圖。此外腔式雷射的最低臨界電流約為 14mA，臨界電流最低的波長為 1265nm。
臨界電流在 150mA 下所具有的調變範圍大約為 1153nm 至 1293nm，波長調變範圍為 140nm。但由於量子點本身的特性，在基態與激發態轉換時，需要更高的電流密度注入 才能使兩能態中間範圍之波長的臨界增益提升，達到外腔式雷射發光所需的臨界電流密 度；要改善此現象，我們須提高主動層增益，使得外腔耦合的損耗(loss)較小，但因雷射 的增益飽和，因此可藉由鍍高反射鍍膜來降低外腔耦合的損耗，應用在外腔式雷射時可 提高等效反射率，波長可調變的範圍也隨之增加。
1150 1200 1250 1300 -50
-40 -30 -20 -10
L e v e l
Wavelength(nm)
圖 5-2 使用量子點雷射(Lm4917)耦合光柵的外腔式雷射頻譜圖
1150 1200 1250 1300
0 50 100 150 200
T hr esho ld( m A )
Wavelength(nm)
Threshold(mA)
圖 5-3 量子點雷射(Lm4917)的外腔式雷射臨界電流與發光波長對應圖
圖 5-4與圖 5-5使用量子點雷射(Lm4917)分別操作在溫度 20。C，用光譜分析儀操 作在單模態光纖之最高解析度為 0.05nm 下，光譜廣度(span)範圍縮小至 20nm 時，所量 測的外腔式雷射頻譜圖。圖 5-4為基態操作在 1270nm 下的光譜圖，其光譜半高寬為 0.084nm；圖 5-5為激發態操作在 1190nm 下的光譜圖，其光譜半高寬為 0.070nm。
1260 1265 1270 1275 1280
-60 -50 -40 -30
-20 OSA spectrum
Level
Wavelength(nm)
Ground state(1270nm)
linewidth 0.084nm
圖 5-4 量子點雷射(Lm4917)的外腔式雷射在基態發光(1270nm)下光譜圖
1180 1185 1190 1195 1200
-60 -50 -40 -30 -20 -10
linewidth 0.070nm OSA spectrum
Level
Wavelength(nm)
Excited state(1190nm)
圖 5-5 量子點雷射(Lm4917)的外腔式雷射在激發態發光(1190nm)下光譜圖
圖 5-6為使用量子點雷射(Rn913)操作在外腔式雷射在臨界電流 160mA 下，所能調 變的波長範圍從短波長至長波長分別為 1190nm 至 1330nm，波長調變範圍為 140nm。
旁模抑制比(SMSR)大部分皆大於 40dB。而當我們將電流由 20mA 持續加高至 200mA 時，
也無法達到雷射。這是因為基態所在的長波長部分，在電流為 160mA 時其增益就已經 達到飽和，即使電流不斷增加，主動層的增益(gain profile)仍無法克服臨界增益，甚至 會因為過熱而導致主動層的增益下降。因此無法繼續往長波長調變主要是受限於主動層 的增益，若要改善此問題必須降低臨界增益，提高等效反射率將鏡面損耗(mirror loss) 降之最低，或提高主動層增益。相較之下，激發態所在的短波長部分飽和增益較高，因 此在不產生熱效應的條件下，可加高電流克服臨界增益增加的問題，即可增加短波長的 可調變範圍。
圖 5-7為使用量子點雷射(Rn913)外腔式雷射其臨界電流與雷射發光波長的對應圖。
此外腔式雷射的最低臨界電流約為 14mA，臨界電流最低的波長為 1300nm。臨界電流在 160mA 下所具有的調變範圍大約為 1190nm 至 1330nm，波長調變範圍為 140nm。
1200 1250 1300 1350
-60 -50 -40 -30 -20
Level
Wavelength (nm)
圖 5-6 使用量子點雷射(Rn913)耦合光柵的外腔式雷射頻譜圖
1200 1250 1300 1350 0
50 100 150 200
Wavelength(nm)
T hr esho ld( m A )
Threshold(mA)
圖 5-7 量子點雷射(Rn913)的外腔式雷射臨界電流與發光波長對應圖