驻波激光器中的单模不稳定性：作为自泵浦参量振荡器的量子级联激光器
光学
2017-11-02 v1
摘要
我们报道了在连续波法布里-珀罗量子级联激光器（QCL）中观测到的清晰单模不稳定性阈值。该不稳定性表现为在仅略高于激射阈值的泵浦电流下，出现距第一激射模式数十个自由光谱范围（FSR）的边带。随着电流增大，出现更高阶边带并保持初始间距，其光谱暗示谐波相位锁定波形。我们提出一种适用于所有均匀增宽带驻波激光器的不稳定性理论。低不稳定性阈值与大边带间距可由未钳制的、源于布居光栅的非相干洛伦兹增益，以及由时间布居脉动引起、改变光谱增益线型的相干参量增益共同解释。该参量项抑制间距远小于增益恢复时间倒数的边带增益，同时增强更远边带的增益。QCL 相较于 FSR 的大增益恢复频率对观测此参量效应至关重要，其导致了多 FSR 边带间距。我们预测，通过调节非相干增益贡献强度（例如通过设计模式重叠因子与载流子扩散），可实现 QCL 的调幅（AM）或调频发射。我们提供了具有高度非对称端面反射率的 QCL 发射 AM 波形的初步证据，从而为在中红外产生超短脉冲开辟了有前景的途径。实验与理论共同阐明了光泵浦微谐振器中的参量振荡与激光器单模不稳定性之间的深层联系，将过去 60 年的文献联系在一起。
引用
@article{arxiv.1711.00187,
title = {Single-mode instability in standing-wave lasers: The quantum cascade laser as a self-pumped parametric oscillator},
author = {Tobias S. Mansuripur and Camille Vernet and Paul Chevalier and Guillaume Aoust and Benedikt Schwarz and Feng Xie and Catherine Caneau and Kevin Lascola and Chung-en Zah and David P. Caffey and Timothy Day and Leo J. Missaggia and Michael K. Connors and Christine A. Wang and Alexey Belyanin and Federico Capasso},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.00187},
year = {2017}
}
备注
27 pages, 12 figures