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FÍSICA DE LÁSERES Láser de Silicio Raman de Onda Continua J. Enrique Antonio López.
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FÍSICA DE LÁSERESLáser de Silicio Raman de Onda ContinuaJ. Enrique Antonio López
Recientemente se ha utilizado la estimulación de la dispersión Raman para demostrar la amplificación de luz y el laseo en silicio. Sin embargo, debido a la perdida óptica no lineal asociada a la absorción de dos fotones (TPA). Hasta el momento el láser se ha limitado a operación pulsada. . diferentes posibilidades de una luz dispersada: dispersión de Rayleigh, la dispersión Stokes (la molécula absorbe energía) y la dispersión anti-Stokes (molécula pierde energía
Esta perdida óptica no lineal inducido en silicio puede ser reducida considerablemente introduciendo un diodo p-n polarizado en inversa depositado en una guía de onda de silicio. La cavidad del láser esta formada cubriendo los extremos de la guía de onda de silicio con películas dieléctricas multicapas.
El láser de silicio Raman de onda continua (cw) es construido por una guía de onda de silicio de bajas pérdidas, cubiertas con películas dieléctricas multicapas. La capa del espejo frontal es dicroica, teniendo una reflectividad (Rf) del ~ 71% para la longitud de onda Raman/Stokes de 1,686nm y de ~ 24% para la longitud de onda de bombeo de 1,550 nm. El espejo trasero tiene un revestimiento con un ancho de banda de alta reflectividad (Rb) de ~ 90% para el bombeo y la longitud de onda Raman.
Guía de onda de silicio empleada en el experimento del láser Raman. Disposición esquemática de la cavidad láser de la guía de onda de silicio con una estructura p-n a lo largo de la guía de onda
las dimensiones de la guía de onda son: anchura de guía (w) ~ 1.5 μm; altura (H) ~ 1.55 μm; y la profundidad de grabado de pistas (h) ~ 0.7 μm. El área efectiva de la guía de onda es ~ 1.6 μm2. Las secciones rectas de la guía de onda están orientadas a lo largo de la dirección cristalográfica [011].
Cuando se aplica un voltaje de polarización inversa al diodo p-n, los pares electrón-hueco generados por la absorción de dos fotones (TPA) pueden ser barridos fuera de la guía de onda de silicio por el campo eléctrico entre las regiones dopadas p y n. Así el tiempo de la vida efectivo del portador, representa el tiempo de vida de la interacción del portador libre con el modo óptico en la región de la guía de onda, y se reduce con un voltaje de polarización creciente. Con un voltaje de polarización inversa de 25 V, el tiempo de vida efectivo del portador se reduce a ~ 1ns comparado al tiempo de vida del portador libre de varias decenas de nanosegundos en las guías de onda de silicio ordinarias.
la ganancia Raman de onda continua de una guía de onda de silicio p-n fue medida en una prueba experimental de bombeo, mostrando una ganancia neta mayor a 3dB con un voltaje de polarización inversa de 25 V y una potencia de bombeo de ~ 700mW acoplada en la guía de onda. La siguiente figura es un esquema del experimento del láser Raman. Un diodo láser (cw) a 1,550 nm es amplificado por sistema de fibra dopada con erbio para producir un haz de bombeo de hasta 3W.
En la longitud de onda de bombeo, una cavidad de baja fineza esta formada por la baja reflectividad del espejo delantero y la alta reflectividad en el espejo trasero. Esta configuración en la cavidad permite el efecto de incremento de la potencia de bombeo utilizada para bajar el umbral de laseo. La potencia interna efectiva medida (Ieff) dentro de la cavidad puede ser expresada de la siguiente manera:
El bajo umbral y la alta potencia de salida de laseo con un voltaje alto de polarización inversa esperan porque el tiempo de vida efectivo del portador es más corto, dando como resultado una pérdida no lineal más baja y una ganancia más alta. La figura anterior también muestra que la potencia de salida del láser comienza a saturarse con una potencia de bombeo > 400mW con 25V de polarización y con una potencia de bombeo > 500mW con 5V de polarización. Esto se debe sobre todo a la perdida no lineal causada por TPA como consecuencia del tiempo de vida no cero del portador de la guía de onda p-n reduciendo la ganancia neta en altas potencias de bombeo.
La siguiente figura muestra el espectro medido de un láser Raman con una potencia de bombeo de ~ 400mW y una polarización inversa de 25 V. como se muestra, el láser tiene un solo modo de salida, es decir, ningunos otros modos de la cavidad con excepción espaciamiento de modo previsto de 0.9 GHz para una cavidad de la guía de onda de silicio de 4.8 cm de longitud aparecen dentro del rango libre espectral (8 GHz) del analizador de espectro. Los espectros mostrados fueron obtenidos cambiando longitudes de onda próximas en el laser de bombeo a partir de 1,548 a 1,558 nm en pasos de 2 nm. La potencia de bombeo de entrada fue de ~ 400mW y una polarización inversa de 25 V le fue aplicado diodo p-n.
