中红外(midIR)频率具有更高的数据速率、更低的误码率和更强的抗恶劣天气能力，是自由空间光通信的优势。量子级联激光器(qcl)作为非常好的中红外光源，是2.6 um到太赫兹范围内高速通信系统发射机的有力候选者。尽管中红外系统具有较短波长的优势，但由于中红外光学调制器的带宽较小，与近红外(near-IR)设备相比，中红外系统的数据速率存在瓶颈此外，到目前为止提出的大多数中红外光学调制器主要工作在中红外的短波长端(<3 um)，留下较长波长的3 - 5 um大气窗口和6 - 20 um分子指纹窗口。
近红外脉冲诱导量子级联激光器中红外传输调制的飞秒测量
zui近的研究证明了在低温下使用 800 nm飞秒脉冲对qcl进行全光调制，通过带间跃迁改变电子居群。研究人员还通过在注入电流中加入射频信号实现了qcl的直接调制。虽然文献估计了QCL的超快增益调制，无弛豫振荡，高达>100 GHz，但以前的工作直接测量的QCL输出使用中红外探测器，限制在10 GHz带宽。因此，仍有必要充分探索量子发光二极管对调制的时间光学响应。从这个意义上说，光泵浦探测技术是提供高时间分辨率的完美工具，仅受光脉冲宽度和延迟级分辨率的限制。光泵浦探测技术已被广泛应用于qcl中快速载流子动力学的研究。
我们研究了中红外探测脉冲通过飞秒近红外泵浦脉冲调制的QCL的传输。与以往在低温下使用光子能量高于量子阱(QW)带隙的近红外脉冲调制QCL不同，我们比较了在室温下光子能量低于和高于0.77 eV (1.6 lm)的InGaAs QW带隙的两种不同的近红外泵对QCL传输的调制。当光子能量高于QW带隙时，电子将从价带被激发到导带，然后通过带间跃迁放松回价带。当泵浦光子能量低于QW带隙时，由于光子没有足够的能量，将不会发生带间跃迁。相反，在传导带较低的子带中的电子将被激发到较高的子带或连续区。直接测量谐振中红外脉冲的传输变化提供了有关QCL增益调制的信息。
图1(a)显示了我们实验装置的原理图。利用由Ti:蓝宝石振荡器、Ti:蓝宝石再生放大器、光学参量放大器(OPA)和自制差频发生器(DFG)组成的激光系统产生飞秒中红外探测脉冲(120 fs)我们将中红外探头波长调整为与QCL的电致发光和激光波长共振(4.72 lm)，如图1(b)所示。泵浦脉冲是剩余的OPA信号(1.38 lm)或空闲脉冲(1.95 lm)，光子能量分别高于和低于InGaAs qw的带隙(1.60 lm)。为了在室温下进行时间分辨测量并减少QCL的加热，我们在250 kHz下对QCL (100 ns电脉冲宽度)进行脉冲偏置OPA和DFG的重复频率，由1 ns中红外探测器同步。与文献11在低温下对连续波偏置QCL进行简并泵浦-探针测量不同的是，我们将QCL脉冲偏置刚好低于激光阈值，以z小化强激光QCL对探针传输的扰动。虽然损耗略大于增益，但实现了上下激光态之间的电子居数反转，注入器基态能级与QCL有源区上激光能级能级对齐。使用半波片和偏振片的组合可以旋转泵的偏振。中红外探针呈线性横磁极化(TM)，与量子阱的生长方向一致。根据子带间跃迁的极化选择规则选择该偏振。因此，表明不同子带间能级载流子数量的QCL波导的损耗或增益可以通过中红外探头的传输直接测量。近红外泵浦脉冲通过一个机动延迟阶段，使泵浦和探头之间的时间延迟变化为fs。然后，我们使用ZnSe窗口将泵浦脉冲和探测脉冲共线性组合。利用0.56数值孔径(NA)的非球面透镜将泵浦脉冲和探头脉冲耦合到QCL波导中。当泵浦脉冲被阻断时，我们观察到随着QCL偏置的增加，探针透射率显著增强。因此，我们证实了泵浦脉冲和探针脉冲有效地耦合到QCL有源区域。透射探头由另一个非球面透镜准直，然后聚焦到汞镉碲化(MCT)探测器，并使用锁定放大器记录。检测器前采用高消光带通和长通滤波器，确保发射探针和可能残留的泵浦被光谱隔离。由于非球面透镜的NA较大，未耦合到QCL波导中的杂散光未被检测到。
图1
首先，我们测量了1.38 um泵浦脉冲调制的中红外探测脉冲的透射率。图2显示了中红外探头透射率随泵浦脉冲和探头脉冲之间延迟的减小和恢复。分别测量泵在TE和TM极化时的红、蓝透射恢复曲线。两种极化的泵浦能量为340 pJ。在TM和TE极化脉冲泵浦下，QCL在距离z低透射点3.3 ns后的中红外透射恢复率分别为45%和50%。这与先前使用1.5 eV (800 nm)更高的泵浦光子能量将电子从价带激发到导带的高k态的研究不同。在这里，我们的泵浦光子只能从价带激发电子到导带的较低能级。因此，低激光能级电子占比的增加增强了探测脉冲的吸收。电子z终将衰变回价带，具有典型的纳秒级带间跃迁寿命的半导体异质结构的金属有机化学气相沉积。
图2
图2中插入的图形显示了当我们改变泵浦脉冲能量时，中红外探头透射率(调制深度)的z大下降。利用TM极化泵，我们分别以86 pJ(平均功率21.5 uW)和600 pJ脉冲能量实现了4.3%和40%的调制深度。TM和TE极化泵的调制斜率效率分别线性拟合为0.62 nJ和0.64 nJ。由于 1.38 um泵浦光子具有比QW带隙更高的能量，因此由于不存在偏振依赖，预计TM和TE极化泵浦脉冲都将诱导带间跃迁。因此，我们期望TM和TE泵都能产生相同的恢复寿命和调制效率。而图2中两种恢复曲线的微小差异可能是由实验不确定性引起的，我们不能排除TM和TE偏振近红外脉冲在QCL波导中不同模式尺寸的贡献。由于TE极化泵浦的模式略大，与TM极化泵浦相比，TE极化泵浦与QCL波导的耦合效率更高，与中红外脉冲的模式重叠也更好。为了证明泵浦能量依赖的调制深度和恢复寿命，我们比较了使用不同能量(340 pJ和595 pJ) TE极化泵浦脉冲的探针恢复，如图3所示。当泵浦能量较强时，探针恢复速度略快。这主要是由于较强的泵浦产生的热载流子减少了带间跃迁寿命在这里，我们忽略了由于超低泵浦功率和低重复频率(250 kHz)而产生的热效应的影响。
了解更多详情，请访问上海昊量光电的官方网页：
https://www.auniontech.com/three-level-106.html
更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
展示全部 
