全金属化耦合封装的大功率半导体激光器模块

大功率半导体激光器模块对耦合封装工艺要求较高,耦合封装工艺直接影响模块的可靠性。采用金属化楔形微透镜光纤与大功率半导体激光器对准耦合,耦合效率达到87%;采用激光焊接定位的方式对大功率半导体激光器与楔形微透镜光纤进行耦合固定,实现了大功率半导体激光器模块的全金属化封装。通过环境考核试验证明,模块储存温度达到-60～120℃,能够满足许多特殊环境对半导体激光器模块的要求。     

974nm半导体激光器的光纤耦合研究

根据半导体激光器和单模光纤模场分布特点,用模式耦合理论研究了单模光纤与半导体激光器的耦合,结果表明将光纤端面制作成楔形微透镜可以使光纤与半导体激光器的耦合满足模场匹配和相位匹配的要求。用遗传算法对楔形光纤微透镜参数进行优化,得到楔角为88°,柱透镜半径为3.44μm,耦合距离为6.13μm时耦合效率达到最佳值,用Zemax光学仿真软件对耦合模型进行仿真,得到耦合效率为88.9%,耦合好的模块经激光点焊及高低温环境测试后,得到最大耦合效率为81.36%。实验结果与仿真结果相差不大,耦合输出功率满足了作为光纤激光器种子源的功率要求。     

976nm单管激光器光纤耦合技术研究

对典型量子阱激光器的光束特性和光纤特性进行了简要分析,在此基础上,利用光线踪迹理论,对光纤激光器所用976 nm泵浦模块的耦合光路进行设计,并采用光学设计软件Tracepro对设计的光路进行模拟。通过对C-mount封装的单管进行耦合试验,测得90μm条宽激光器耦合到105μm芯径时,数值孔径NA=0.22楔形光纤(未镀增透膜)的耦合效率可高达92%;100μm条宽激光器耦合到105μm芯径时,NA=0.22楔形光纤(未镀增透膜)的耦合效率可达80%以上。将测量得到的结果和理论的模拟结果进行比较,分析了影响耦合效率的原因。     

800～1500nm光纤耦合多模泵浦模块与宽接触半导体激光器的进展

介绍了波长为8xxnm,9xxnm和14xxnm的光纤耦合泵浦模块与宽接触半导体激光器的最新进展。发射波长808nm,出光孔径为200μm的宽接触半导体激光器,连续输出功率11W,脉冲输出功率30W,可以被直接使用。应用于打印领域、发射波长830nm的泵浦模块展现了优良的特性,在连续功率为1W时,功率稳定范围为2%,95%的功率可以耦合到数值孔径为0.12,芯径为50μm的光纤中。发射波长为808nm,应用于泵浦的宽接触半导体激光器最高功率为18W,电光转换效率为64%。9xxnm泵浦模块的其中一项改进是内置反馈保护（在1060nm时〉30dB）,由此可以保证光纤激光器的峰值功率在千瓦以上时,该模块可以安全运行。对于出光孔径100μm,发射波长为14xxnm的宽接触半导体激光器,输出功率为3W,斜率效率0.64W/A,电光转换效率46%。     

4×10Gbit/s并行光模块串扰优化设计

为了对4×10Gbit/s并行光模块光串扰进行优化,采用了ABCD传输矩阵法,结合光纤耦合约束条件以及准直透镜、自聚焦透镜和光纤端面球透镜的理论,设计出两套优化方案。研究了垂直腔面发射激光器光束特性,利用MATLAB进行理论分析,模拟得出光斑半径与发散角的关系,并分析了串扰情况。在ZEMAX非序列模式下完成了光路建模,优化结构中透镜参量以及光纤端面设计,进行了理论分析和实验验证,取得了优化后耦合光斑半径与耦合效率。结果表明,间接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为53.72μm,耦合效率达到72.59%;而直接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为3.695μm,耦合效率高达到76.11%,有效地解决了并行光模块之间的光串扰问题。这一结果对光网络信号传输质量优化方面是有帮助的。     

一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用技术

文中提出了一种实现半导体激光器和多模光纤耦合的实用化方法。用一段直径为600μm的裸石英光纤代替柱透镜对半导体激光器输出光束进行准直整形;用半球端光纤对光束进行聚焦后直接实现和光纤耦合,来代替聚焦透镜和光纤耦合的环节。研究表明:采用该方法耦合效率在80. 0%左右,同时最大程度解决了使用柱透镜和聚焦透镜的组合透镜耦合系统时存在的调试与封装困难的问题,且工艺稳定,因而有着广泛的应用前景。     

楔形光纤与半导体激光器的耦合研究

结合半导体激光器的特点,通过对高斯光束发散特性的分析,得到激光器的模场分布特点,指出与激光器最佳耦合的光纤外形为楔形光纤,楔形光纤的楔角与尖端半径决定着耦合效率。实验表明,楔形光纤与半导体激光器的耦合效率明显优于尖锥形光纤与半导体激光器的耦合。用楔角为104°,尖端半径为3.3μm的楔形光纤进行测量,测得最大耦合效率达到87.2%。     

楔形光纤排与半导体激光器耦合技术研究

首先从半导体激光器列阵的发光特性出发,利用楔形光纤排对大功率半导体激光器列阵光束进行耦合,最后得到一只含有19个纤芯,每个纤芯为200μm,数值孔径为0.12的大功率半导体激光器光纤耦合模块,输出功率为32.48W, 耦合效率为81.2%.     

基于端面耦合的InP基激光器/硅光波导混合集成技术研究

针对硅光子集成回路缺少实用化光源的问题,提出了一种1.55μm波段InP基FP激光器芯片、InP基PIN光电探测器芯片与硅光波导芯片集成模块的设计与制备方法。使用CMOS工艺兼容的硅光无源器件制备工艺,设计并制备了倒拉锥型端面耦合器,与锥形透镜光纤耦合效率为36.7%。采用微组装对准技术将激光器芯片与硅波导芯片耦合、UV固化胶固化后耦合效率为35.8%,1 dB耦合对准容差横向为1.2μm,纵向为0.95μm。     

高功率阵列半导体激光器的光纤耦合输出

采用柱透镜对10单元阵列半导体激光器的输出光束进行了有效收集和预准直及多模光纤之间的耦合实验。激光器采用808nm波长、150μm条宽的发射单元,周期为1000μm,与200μm芯径平端光纤阵列的耦合效率高达75％,光纤输出功率7．5W,分析了影响耦合效率的主要因素。     

激光耦合同步及其在光纤混沌保密通信中的应用

本文建立了光纤混沌保密通信耦合同步系统模型,实现了外部光注入分布反馈半导体激光器激光混沌在长距离光纤传输中的耦合同步,证明了光纤的交叉相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,导出了这种传输的极限.该同步系统在长距离光纤混沌模拟和数字保密通信中的数值模拟表明,该系统确有较高的保密性能和反破译能力.光纤混沌保密通信是可以实现的.     

Effects of structural parameters on the external optical feedbacksensitivity in DFB semiconductor lasers

External optical feedback sensitivity in distributed feedback (DFB) semiconductor lasers is analyzed with special attention to phase-shifted and complex-coupled lasers. The effects of various structural parameters such as coupling strength, facet reflectivity, and corrugation phase angle on external optical feedback sensitivity are studied. The λ/4 phase-shifted index-coupled DFB laser exhibits low external optical feedback sensitivity for large index-coupling coefficient and high facet reflectivity. Pure gain-coupled DFB lasers perform better than the phase-shiftless uniform index-coupled DFB lasers but worse than λ/4 phase-shifted index-coupled lasers with high coupling strengths. External optical feedback sensitivity of complex-coupled lasers depends significantly on the index-to-gain coupling ratio, the phase between the index and gain gratings, and the total coupling     

用于光学向量矩阵乘法器的光源阵列系统

对用于光学向量矩阵乘法器的16路阵列光源和驱动电路进行了系统的研究。提出了采用商用分布式反馈激光器（DFB）和16路光纤阵列耦合的方式构造阵列光源模块,并且在驱动电路中设计了功率反馈自校正调节算法, 解决了由于当前激光器制造工艺条件的限制而造成的各路激光器之间的阈值电流和P-I转换效率等参数差异问题。实现了光源系统各个通道间的输入向量数据和输出光强之间的一致性映射。实验结果证明,所研究开发的光源阵列不仅成本低,而且数据源信号的高频响应性能良好,保证了光学向量矩阵乘法器运算性能的稳定性和准确性。     

分布反馈激光器温度与电流控制研究

为了精密控制分布反馈激光器的温度与电流, 采用数字信号处理芯片, 设计了分布反馈激光器驱动装置。通过该装置设定激光器温度和电流的参考电压, 经数模转换, 再通过温度和电流驱动模块, 馈入并驱动分布反馈激光器, 进行了实验验证。结果表明, 40min内温度变化极差与标准差分别不超过5mK和0.7mK, 电流变化极差与标准差不超过40μA和6μA; 驱动半导体光放大器, 关断时间小于1μs, 具有良好的瞬间响应特性; 该装置具有较高的温度和电流稳定性, 流控模块具有良好的瞬态特性, 能够精密控制分布反馈激光器的温度和电流。该控制装置可用于光腔衰荡光谱研究, 控制分布反馈激光器并驱动光放大器来关断激光。     

Transfer-matrix analysis of the intensity and phase noise ofmultisection DFB semiconductor lasers

A general small-signal model for the intensity and phase noise spectra of multisection distributed feedback (DFB) semiconductor lasers is developed by using the transfer-matrix approach based on the Green's function method. The spontaneous emission enhancements due to nonuniform longitudinal field distribution and the effective amplitude-phase coupling effect (the effective linewidth enhancement factor) are taken into account in the formulation. Analytical expressions for the spectra of the relative intensity noise and the FM noise of the main mode in the multimode operation are presented by using the transfer functions in a flow-graph representation. Facet reflectivities and external optical feedback are included in the model. The effects of the grating coupling coefficient, the random grating-phase at the facets, the phase-shift position, the external optical feedback, and the side mode on the noise spectra are analyzed systematically for a λ/4-shifted DFB laser     

锥形光纤与楔形光纤的耦合

用实验方法测量了楔形光纤与锥形光纤的耦合效率,作出耦合效率随楔形光纤的半楔角及锥形光纤半圆锥角的变化曲线。从实验结果可以看出,楔形与锥形光纤的耦合效率随半楔角增加而增大。当半楔角由15.0°增大到30.3°,半楔角由44.9°增大到55.2°时,耦合效率曲线呈较快的上升趋势;当半楔角由30.3°增大到44.9°时,耦合效率曲线上升趋势变缓。当锥形光纤半圆锥角增加时,耦合效率也随着增大;并且随着楔形与锥形光纤的间距的减小而增大,在间距由0.10mm减小到0.03mm时,耦合效率曲线呈较快的上升趋势;在间距由0.03mm减小到0.01mm时,耦合效率曲线呈下降趋势。     

New integrated buried laser-ridge modulator with identical active layer

Integrated laser modulators are attractive devices for wavelength-division-multiplexing optical systems due to their compactness, high output power, and low cost. Their fabrication simplicity is a way to decrease further the transmitter cost and address new opening markets of short range and metropolitan networks. We report a new integration scheme electroabsorption-modulator distributed feedback (DFB) laser based on well-established industrial solutions for discrete buried ridge (BRS) DFB lasers and discrete shallow ridge modulators. Processing simplification with an identical active layer has been possible due to a good behavior of strongly positively detuned BRS lasers. The integrated devices demonstrated 30-dB extinction ratio with 10-GHz bandwidth and P/sub out/=10 dBm for emission in 1.55-/spl mu/m range.     

Quantifying optical feedback into semiconductor lasers via thermal profiling

We show that thermal profiling can be used to monitor optical feedback into semiconductor lasers in photonic integrated circuits, where direct optical access is impractical. The optical output power of a laser, both free-running and when exposed to optical feedback, can be quantitatively determined from thermal measurements alone, without recourse to direct optical measurements. Furthermore, the shift in threshold current resulting from optical feedback can be determined from the thermal measurements, enabling quantitative determination of the feedback coupling efficiency into the laser.