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微型铷原子钟专用795nm垂直腔表面发射激光器
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:光学精密工程
  • 时间:2014
  • 页码:50-57
  • 分类:TN248.1[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室,吉林长春130033, [2]中国科学院大学,北京100049
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.61106047,No.51172225)
  • 相关项目:980nm高效率垂直腔面发射激光材料结构设计生长与器件研制
中文摘要:

针对铷(^R7 Rb)原子钟激励光源微型化和高温工作的特殊需求,设计并制备了对应铷原子能级跃迁的795nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。首先,根据k·p理论计算了InAlGaAs/AlGaAs量子阱的价带能级和材料增益,得到最优的量子阱组分和厚度;然后,采用一维传输矩阵方法设计了795nrfl波段的布拉格反射器(DBR),根据完整结构VCSEL器件的驻波场分布设计了掺杂分布;最后,采用金属有机气相外延(MOVPE)技术生长了优化的795rimVCSEI.外延结构,并制备了氧化限制型非闭合台面结构的795nm顶发射器件。实验显示:封装后的75μm口径器件可在室温至85℃范围内连续工作,最高功率为17mw,激光光束呈圆形,发散角为15°,激射波长的温漂系数为0.064nm/℃;在温度为52℃、注入电流为100mA时,激射波长位于794.7nm(对应铷原子钟需要的波长),基本满足铷原子钟激励光源对波长稳定和高温工作的要求。

英文摘要:

For the special requirements of the exciting source of a 87 Rb based atomic clock for the miniaturization and high temperature conditions, a 795 nm Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VC- SEL)corresponding to the Rb atom energy level transition was designed and fabricated. Firstly, the energy levels and material gains of the InAlGaAs/AlGaAs Multiple Quantum Wells (MQWs) were calculated by the k p method to optimize the compositions and thicknesses of the quantum wells. Then, a Distributed Bragg Reflectors(DBRs) at 795 nm were designed and their reflection characteristics, longitudinal optical fields and averaged doping profiles were calculated and optimized using a onedimensional transfer matrix method. Finally, the epitaxial structure of the 795 nm VCSEI. with optimized MQWs and DBRs were grown on a GaAs substrate by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) and the oxide-confined 795 nm top-emitting VCSELs with unclosed-mesa structures were fabricated and characterized. Experimental results indicate that the packaged VCSELs can keep lasing under a ew current from 25 ~C to 85 ℃ with power decreasing from 17 mW to 1.8 mW, the far field profiles are circular with a divergence angle of 15° and the temperature-shift of the lasing wavelength is 0. 064 nm/℃. Moreover, the lasing wavelength moves to the wavelength required by ^87Rb atoms at an ambient temperature of 52 ℃ and a current of 100 mA. The 795 nm VCSELs satisfy the basic require- ments of 87Rb based miniaturized atom clocks for stable operation in a special wavelength and hightemperatures.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699