基于脉冲光泵的表面光栅DFB激光器中few皮秒脉冲产生及其超快光谱动力学

为探讨在室温下 femtosecond 光泵浦条件下单模激光器中皮秒级增益开关动力学的物理机制，我们设计并制造了具有五个系统可变光栅周期（120-124 nm）的第一阶表面光栅GaAs分布反馈（DFB）激光器，其激光波长为 825.7-849.5 nm（1.502-1.459 eV）。在所研究的器件中，124 nm 周期的设备因接近量子阱增益峰， exhibits 最高输出功率和光谱带宽。尽管所有器件均表现出随激发功率增加而增大的特征下色现象，但其中 122 nm 周期的 DFB 激光器（838.2 nm，1.480 eV）却产生了最短的脉冲，尽管其发射的光子能量高于靠近增益峰的器件且输出功率更低。所有器件的脉冲宽度呈现色散行为，其中最短脉冲的色散脉冲宽度为 6.6 ps，色散率为 0.13 meV/ps，而通过光谱分辨率测量发现，脉冲光谱中心能量处的最短脉冲宽度为 3.8 ps（经去除探测时间分辨率后为 2.3 ps）。数值模拟揭示了光子、载流子、增益和折射率的时空分辨动力学，定性定量地再现了实验结果。进一步识别了在增益谱高能区产生最短脉冲的机制，归因于更高的微分增益、饱和增益以及来自增益谱高能区的更高透明载流子浓度。这些实验和理论结果阐明了增益开关 DFB 激光器中皮秒脉冲产生的内在动力学，为短脉冲产生的设计指导以及适用于光学和电气泵浦的计算工具提供了依据。