半导体可饱和吸收镜（三）在线视频

半导体可饱和吸收镜

一般的来说分为几类

看一下它的类型

前面知道它的结构

主要是由一个是反射镜

一个是吸收层来造成的

那因此呢

结构也以

这两个主要的部分来定义的

定义谁呢

就是定义的根据可饱和吸收镜的

上下反射镜之间的不同的反射率来分

分为了有四大类

这儿列出来的是三类

还有一类是宽带可饱和吸收

这三大类先说一个呢

叫高精细度的F-P腔可饱和吸收镜

什么叫高精细度呢

就是看a图

中间的

quantum well 是量子阱层

这个是可饱和吸收层

在这个下边有一个DBR层

它在上面有的这个镜子

上面也长几层DBR层

那这个叫上反射镜

这个时候呢上反射镜和下反射镜之间

就相当于形成了一个F-P腔

光子就会在里头来回的反射

因此呢这个叫它

高精细度F-P腔可饱和吸收镜

那第二种呢

就是b 图对应的

就是在这个上面不长反射层了

这个时候它

但是它也会有反射

因为半导体材料

它的折射率是比较高的

它跟空气层之间有一个折射率差

也导致它会有一个反射

所以在这个里头呢DBR层和空气层

这个界面之间也会有一个反射

但是反射率呢比较低

因此叫它低精细度

F-P腔可饱和吸收镜

还有一种呢

就是连空气层

也不想让它来回反射

就在表面上再镀一层增透膜

或者叫减反膜

这个时候呢

就基本上光就没有在

空气和这个半导体材料之间

就没有反射了

这个就叫做无谐振型

就是不谐振了

就直接就输出了

无谐振型可饱和吸收镜

还有一种类型呢

就是这三种类型产生的

这个带宽都是比较窄的

那就是它的反射率的带宽

是比较窄的

可是大家知道目标是

做到超短脉冲多短呢

到飞秒量级

飞秒量级如果是10个飞秒的话

大概对应的带宽

就大概要到100个纳米以上了

那这100的纳米以上怎么办呢

怎么能够做的它比较宽

就是可以用其它的方法

详细的讲一下高精细度

这个是高精细度的

反射率怎么来算

整个镜子的反射率

可以遵从法布里珀罗标准镜

含有可饱和吸收体的反射率公式

大家可以自己去算一下

就是发射率到底等于多少

算出它值来

高精细度的可饱和吸收镜呢

它的优点就是反射带宽

可以做的比较宽

因为它在里头来回反射

所以它可以做的比较宽

并且反射的这个曲线

也可以比较平坦

另外非饱和损耗可以比较小

但是它有缺点就是它的缺点

就是它调制深度是比较低的

因此也是输出来的

脉冲的特性就会受到影响

另外呢因为有上下两个反射层

因此它的层数就需要的比较高

吸收层一般是在50到60层

差不多这个数量级

得到的数值呢

就是调制深度大概是在0.5%左右

非饱和损耗呢

也是在大概是0.2%左右

这个是高精细度的可饱和吸收体

那第二种呢

是这个低精细度的法布里珀罗腔的

可饱和吸收镜

就是在半导体和

这个空气界面上不做任何处理

就任由它在

界面上空气这边的反射

这个做出来的镜子

它的调制深度可以比较大

因此它不需要多层的量子阱

这个量子阱层一般是在10到30个纳米

缺点就是波长的边缘

它的反射率有点低

并且非饱和损耗也比较大

看一下它的调制深度是3.7%

刚才那个高精细度的

是大概在0.5%左右

但是它的非饱和损耗也大

就大概是在4.9%

这个是低精细度的

那无谐振腔的

可饱和吸收镜呢

就是在这上面镀一层

不仅就是不做任何处理

而且是给它镀一个增透膜

完全没有法布里-珀罗效应

这个时候就可以获得

最大的调制深度

以及最短的载流子寿命

就是它的恢复时间做的很短

但是它的缺点

就是说它的非饱和损耗也比较大

刚才提到说这三种类型的

这个可饱和吸收镜

它的反射率的带宽

都不是太宽

刚才又说需要

有宽带的可饱和吸收镜

那怎么办呢

那这个就是Keller它们组

就想了一个办法说

说反射镜有的也用金属镜

有金镜 银镜 铝镜

它们的反射带宽是比较宽的

但是它的缺点是啥呢

就是它的反射率不够高

金属镜的反射率不够高

那现在就想什么呢

能不能把这两种镜子结合起来

就是在金膜的上面

再给它镀几层

介质膜

就是既保留了宽带的特性

又保留了它的高反射率的特性

这个就叫宽带可饱和吸收镜

这个就是它的主要的几种类型

这个表列了一个SESAM的调制深度

非饱和损耗

带内热平衡时间就是快饱和时间和

这个带间跃迁时间

以及饱和通量的参数

看一下这个表大家可以看得出来

就是刚才总结出来的

这个结论就是高精细度

它的调制深度是比较小的

但是它的非饱和损耗也小

低精细度的呢

它的调制深度比较大

但是它的损耗相应的来说也比较大

这个就给了几个参数

大家可以根据不同的参数和

这个设计的激光器的要求

来选择不同的可饱和吸收镜

除了半导体可饱和吸收镜

是用量子阱

作为可饱和吸收层以外呢

还有一种类型叫做

用量子点来做可饱和吸收层

量子点和量子阱有什么不一样

看一下这个图

这个图半导体材料

有块状的半导体材料

有量子阱的半导体材料

有量子线还有量子点的

它们的不同点呢

就是它们受约束的维度不一样

那量子点它受的约束的维度是最小的

因此它就可以做成一个量子点型

这个量子点呢

它的类似于有点像

原子结构了

有时候也把它叫做人工原子

因此这个量子点的特点呢

就是在找量子点的时候

量子点的大小就不太容易

控制成完全长得一样大

所以它的大小和形状呢就不太均匀

不太均匀有不太均匀的缺点

就不不均匀吧

肯定是听起来不太好

但是不均匀也有优点

就是说它这样子的话

它的吸收带是比较宽的

适合做宽带高重频的吸收体

因为说量子点它的层比较薄

因此它的响应速度就会比较快

所以可以做高重频吸收体

这个是一个在

GaAs上长着一个InP的量子点

这个是一个AFM图

就是原子力显微镜图

对可以看到它就相当于是

一个点一个点的

这个点的尺度到了

量子级别了所以管它叫量子点

量字点的高呢

大概是在7个纳米左右

右边的是一个大面积的分布图

因此这个除了有

量子阱可饱和吸收镜以外

也有量子点可饱和吸收镜

但是量子点长的时候也不太容易控制

有时候 所以呢

目前的可饱和吸收镜

主要还是以量子阱可饱和吸收镜为主

半导体可饱和吸收镜

可以拿它来做自启动元件

在锁模的固体激光器中

作为自启动元件

这个是一个钛宝石锁模激光器的

一个示意图

这个正好也

复习一下刚才讲的内容哈

就是前几章讲的内容

钛宝石呢

第一提供增益

第二这个钛宝石本身是有色散的

这个材料会有色散

因此它引入一个正色散

可是这个系统呢

它要的是负色散系统

因此加了棱镜对

给它做色散补偿系统处于一个近零色散

就是几乎是在色散补偿

β2等于零的状态下

出来的这个脉冲并且呢

钛宝石本身提供的是非线性效应

因此在这个系统中呢

就是非线性和负色散两个人共同作用

产生的一个孤子脉冲

就叫做传统孤子锁模脉冲

所以在这个系统中

用的方程就是前面的

那个非线性薛定谔方程方程那个里头

只有β2和γ项

就可以产生一个孤子了

那所以这个系统中

其实没有SESAM什么事儿

没有可饱和吸收体什么事儿

那这饱和吸收体干什么用呢

就是因为这个系统锁模

不太容易自启动

如果大家做过实验的话

都知道把钛宝石系统

搭好了之后

输出来钛宝石

输出光是一个连续光

这个时候要想让它

得到一个脉冲光怎么办呢

其中有一个比较笨的办法

就是敲一下桌子

敲一下桌子如果敲的好

这个时候脉冲光就出来了那

如果敲的不好再敲一下

或者还有一个办法呢

就是稍微温柔一点

就是推第二个棱镜

把第二个棱镜推一下

脉冲锁模就出来了

因此呢它不太容易自启动

那为了获得自启动的锁模脉冲呢

加一个可饱和吸收体

给它提供一个自启动元件

因此SESAM在固体锁模激光器

就是这个

典型的钛宝石锁模激光器中

SESAM只是提供一个自启动的作用

它不影响脉冲系统的输出脉冲的特性

记着因此钛宝石锁模

用的是克尔锁模

就是它获得的脉冲

叫它传统孤子

但是SESAM的实际上

在有些系统中前面介绍说

第一个它如果它的系统本身的

克尔效应比较弱

那就它没有提供负色散效应

这个时候呢

也想获得锁模脉冲怎么办呢

给它加一个幅度调制

叫被动可饱和吸收体锁模

这个呢在光纤激光器中

用的是比较多的

这个系统是一个线性腔的

SESAM锁模的光纤激光器

这个光纤激光器

大家看一下SESAM的

放到这个光纤的最左端

给它把这个光打进来

然后打到SESAM上

然后再让它反射回这个光路来

就可以获得一个锁模脉冲输出

这个里头的SESAM

其实现在就变成了

一个可饱和吸收元件的

它在里头就会起作用

另外就是

就是后面再讲

脉冲在激光器中的锁模方程里头

有一部分叫做增益带宽和可饱和吸收

共同作用产生的孤子

其实说的就是这一类脉冲

这个时候呢

可饱和吸收体的调制深度

什么非饱和损耗啦

这些这个饱和通量就会对

这个脉冲输出特性的影响了

还有一种呢就是在光纤激光器中

有这个环型腔

环型腔也可以用SESAM锁模

加一个环型器

让光路线先打到SESAM上来

然后再回到主光路中

也可以产生锁模脉冲输出

这个是SESAM在激光器中

就是固体激光器和光纤激光器中的

一个应用举例

好这部分就先介绍到这儿