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FP激光器的腔面解理纹对性能的影响

FP激光器腔面解理纹(即解理工艺形成的微观结构缺陷)对器件性能的影响主要体现在光学损耗、模式稳定性、散热效率及可靠性四个方面,具体机制如下:
一、光学性能劣化
[*]‌反射率不均与散射损耗‌
解理纹导致腔面局部不平整(粗糙度>10nm),破坏镜面反射均匀性,使部分光场发生散射,降低有效反射率并增大腔内损耗‌。实验表明,波纹振幅每增加20nm,阈值电流上升约15%‌。
[*]‌多纵模激射与光谱展宽‌
腔面波纹引起光场相位畸变,破坏F-P腔纵模选择机制:

[*]在阈值电流附近易激发多个纵模,导致光谱展宽至1nm以上‌;
[*]高速调制时模式竞争加剧,限制传输速率(通常≤622 Mbit/s)‌。
[*]‌光束质量下降‌
波纹导致输出光斑分布不均,水平/垂直横模稳定性降低,影响光纤耦合效率‌。
二、热管理与可靠性风险
[*]‌微缺陷诱导的热效应‌
解理纹中的划痕或裂纹(深度>100nm)会聚焦激光能量:

[*]局部温度急剧升高(温升可达50℃),引发腔面材料熔融或气化‌;
[*]热应力形变进一步扩大缺陷,形成正反馈损伤链‌。
[*]‌热透镜效应与模式跳变‌
局部温升改变材料折射率,产生热透镜效应:

[*]导致谐振腔光学长度漂移,引发波长跳变;
[*]加剧横模不稳定,降低输出功率一致性‌。
[*]‌加速腔面老化‌
高温环境加剧材料氧化与非辐射复合,使腔面退化速率提升3~5倍,寿命缩短‌。
三、性能优化路径对比
‌影响维度‌‌解理纹缺陷后果‌‌改善措施‌
‌光学损耗‌散射损耗增加>30%等离子体刻蚀替代解理(粗糙度<2nm)‌
‌模式稳定性‌多纵模概率提升>50%腔面镀介质膜(反射率均匀性提升至95%)‌
‌热管理‌局部热点温升>50℃非对称量子阱设计(载流子泄露降低40%)‌
‌长期可靠性‌老化速率加快3倍氮等离子体清洗+SiO₂钝化层‌3
关键结论解理纹通过‌光-热-力耦合效应‌系统性劣化FP激光器性能:光学层面增加损耗并引发多模振荡,热力学层面诱导局部烧蚀加速老化,最终限制其在高速通信系统的应用‌。采用等离子刻蚀镜面、腔面镀膜及热管理设计可显著抑制相关缺陷‌。

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