什么是半导体激光器的模式?

[拼音]：bandaoti jiguangqi de moshi

[外文]：mode of semiconductor laser

激光器光学谐振腔中稳定的光场分布方式。光场在光腔的三个方向上必须满足谐振条件，即形成驻波分布。垂直于PN结方向的分布称为垂直横模，平行于PN结方向的称为侧向横模，而沿着光轴方向形成的一系列驻波称纵模。激光器的模式结构可从光谱测量和近场观察中看出。纵模是光谱的主要结构，激光器一般是多纵模的，各模之间的间隔与腔长有关，腔长越长则纵横间距越短，纵模间距一般为几个埃，横模也可从光谱的精细测量中得到。激光器输出光谱的三种典型结构见图1、2、3。图1是单横模、单纵模激光器的输出光谱，只有一个峰值，光谱的半宽度与腔的结构有关，对法布里-珀罗谐振腔，单纵模半宽度为2～3埃。图2是单纵模、多横模结构，有二个峰值，对应于激光器有一阶横模存在，横模间距不足1埃。图3是多横模、多纵模的光谱结构。横模也可从激光器的近场观察中看出，如果腔面只有一个光强分布的最大值(即一个亮点)，则器件在基横模下工作；如在水平方向存在二个亮点，则器件有一阶侧向横模存在，亮点增多，高阶横模的阶数增大。

模式控制是激光器研究的主要课题之一。横模由腔的大小和腔内外折射率的差别决定。波导模式的有效折射率与腔的厚度和宽度有关，厚度和宽度越小则有效折射率越低，而在波导中传播的各阶横模的有效折射率随着模阶数的增大而减小。基横模的有效折射率最大，所以能控制腔的厚度和宽度，使高阶横模的有效折射率低于或等于腔外介质的折射率，使之漏出腔外，这样光腔中便只存在基横模振荡。对于InGaAsP／InP双异质结激光器，当有源区厚度小于0.5微米时就能得到单一垂直基横模。侧向横模由采用的条形结构决定，对于发射波长为1.3微米的InGaAsP/InP双异质结隐埋结构，用InP作埋区，实验上条宽小于2微米就能得到单侧向横模的输出。

纵模的选择比较困难，除了与腔的大小有关外，还依赖于增益分布和腔面反射对模式的选择。在器件结构上用光栅选模是很有效的方法。把光栅做在有源区上面（或下面）的包层中的称分布反馈结构，把光栅做在有源区二端用于代替端面反射镜的称分布反射结构，这两种结构都能得到单纵模输出，但制备的工艺技术要求相当高。另外也可采用外腔结构式注入锁模，得到带宽窄的单模输出。