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
针对铷(87Rb)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795 nm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795 nm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795 nm VCSEL外延结构,并制备了氧化限制型非闭合台面结构的795 nm顶发射器件。实验显示: 封装后的75 μm口径器件可在室温至85 ℃范围内连续工作,最高功率为17 mW,激光光束呈圆形,发散角为15°,激射波长的温漂系数为0.064 nm/℃; 在温度为52 ℃、注入电流为100 mA时,激射波长位于794.7 nm(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。
垂直腔面发射激光器 铷原子钟 高温 非闭合台面 Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL) 87Rb atom clock high-temperature unclosed mesa