人们直接在Fabry-Perot型量子级联（QC）激光脊上进行离子铣削的分布式布拉格反射器（DBR）在器件制造和加工后的影响，并观察到光谱全宽半Max值（FWHM）降低了10倍以上，Max侧模抑制比（SMSR）保持在峰值光功率下。正如模型所预测的那样，并通过实验验证，在3mm长的激光脊上存在一个“佳点”，约200µm，并且由光栅深度设置的光谱狭窄和输出功率之间的权衡从1.8µm到2.5µm不等。
分布式Bragg反射器量子级联激光器（1）
量子级联（QC）激光器是基于半导体的中红外光源，通过带隙工程设计，由于其紧凑的尺寸，提供了有前途的应用。工作范围大，输出功率大。尽管Fabry-Perot型QC激光器具有高产量和高成本效益，但由于端面的波长无关反射率，其光谱输出相对较宽。此外，随着注入电流的增加，由于腔内空间和光谱烧孔等非线性，谱宽一般会增加一个数量级以上。然而，在各种应用中，如医学中的激光辅助手术或防御对策中，需要窄带，高功率操作的QC激光器。
在QC激光器中，通过多种方法实现ji端光谱窄化到单模工作，包括将分布式反馈（DFB）光栅集成到激光腔中，利用外腔（EC）或通过单片耦合腔设计。具有深蚀刻光子带隙反射镜（PBGM）和高反射分布式布拉格反射镜（DBRs）的QC激光器先前已被证明，但没有提供更大的调谐范围。zui近的另一种方法是在QC激光脊中引入一个电隔离的浅蚀刻DBR部分，以允许在更长的光谱范围内调谐设备。然而，上述应用不需要单模操作，并且在高注入电流和光功率下防止光谱展宽被认为是足够的，特别是如果它不会产生功率或阈值的惩罚。
在这里，我们报告了具有窄带输出到峰值光功率的QC激光器的制造和演示，即在整个动态电流范围内，通过应用DBR光栅，在4.5µm处保持光谱展宽小于5 cm-1。在实验演示中，我们应用光栅后，充分表征了激光的电子和光谱，即后期制作，通过聚焦离子束（FIB）铣削。
光栅可以建模为具有周期性折射率变化的多层波导，其反射率取决于沟槽的数量和尺寸，通过二维有限元法（2D-FEM）进行模拟。该结构的行为就像一个分布式的反射镜，其频率位于所得到的反射率阻带内，以布拉格波长为中心，将它们反射回腔中。
其他频率将随后遭受更大的反射镜损失在劈裂后界面，因此具有更高的激光阈值。光栅周期决定了反射率阻带的中心波长，因此根据2 B eff Β n Λ Λ =，其中B Λ为布拉格波长，eff n为有效折射率，Β Λ为光栅周期。光栅的深度、轮廓、占空比和总长度等参数也会影响光栅的耦合强度。
图1
图1为该结构的仿真图，其中布拉格周期为0.7μ B Λ = m，对应的布拉格波长为Λ B = 4.5μm和3.214。图1(a)为该结构的模拟反射率，其中未铣削区域的折射率设为n = 3.214。红、蓝、绿三色曲线表示在一定光栅长度和深度范围内的反射率阻带。图1(a)的插入部分显示了使用长200µm、深2.5µm光栅前后QC脊状激光器的光谱输出。指数对比度Δn = 0.02和0.08分别对应的光栅深度为2.1µm和2.6µm。图1(b)至1(d)显示了峰值反射率与光栅长度、折射率对比度和占空比的关系。图2显示了两个波长下归一化强度的表面图，一个对应于布拉格阻带的中心波长，另一个对应于4µm波长，显示了该结构的波长依赖透射率。
图2
根据该模型，较长的光栅在一定长度（约200 μ m或大约285个周期，给定用于激光器的参数）内更有利，超过该长度则在延长长度方面没有优势。在指数对比的情况下，表示光栅的深度，我们发现一个更深的光栅将有利于Max限度地提高反射率和Min的光谱宽度的阻带，只有限制在上包层区域的厚度。模拟的结果后来进行了实验探索，发现很一致。
图3
在该方法中，通过聚焦离子束（FIB）铣削的无掩模非光刻技术，在QC激光器的顶部熔覆层上雕刻光栅。与光刻方法相反，FIB铣削的主要优点是可以根据特定脊的个别激光特性进行定制。图3显示了铣削过程后激光脊的扫描电子显微镜（SEM）图像。图3(b)显示了横截面切除后的光栅的放大视图，说明了由于Ga +离子沉积和蒸发材料再沉积，特别是在高宽高比特征中，占空比随光栅深度的变化。拼接误差和设备的有限分辨率也导致了反射率阻带中心波长的模拟值与实测值存在差异。
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