半导体激光器线宽理论再探
光学
2021-07-01 v2 应用物理
摘要
越来越多的应用不仅要求半导体激光器具有大调制带宽或高输出功率，还要求具有小的谱线宽。因此，对限制线宽的根本原因的理论理解具有重大的实际意义。在本文中，我们以一种自洽的方式逐步推导了用于计算谱线宽的一般表达式。我们建立在20世纪80年代和90年代发展的线宽理论之上，但从现代视角出发，即我们选择前向与后向传播场的时间相关耦合波方程以及场按开放腔稳态纵向模式的展开作为起点。结果，我们获得了纵向自发辐射超额因子（因子）和有效因子相当一般的表达式，其中包含了非线性增益（增益压缩）和折射率（Kerr效应）、增益色散以及多段腔结构中的纵向空间烧孔等效应。由外腔反馈引起的常由所谓啁啾缩减因子描述的线宽变窄效应也自动包含在内。我们提出了一种新的自发辐射随载流子密度依赖关系的解析公式，避免了对居群反转因子的使用。所提出的理论框架被应用于一个两段分布布拉格反射激光器的数值研究。
引用
@article{arxiv.2105.00535,
title = {Semiconductor Laser Linewidth Theory Revisited},
author = {Hans Wenzel and Markus Kantner and Mindaugas Radziunas and Uwe Bandelow},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.00535},
year = {2021}
}
备注
semiconductor laser, spectral linewidth, coupled-wave equations, traveling wave model, noise, Langevin equations, Henry factor, Petermann factor, chirp reduction factor, population inversion factor