双体光栅外腔二极管激光器光谱特性研究

为了研究双体布喇格光栅外腔二极管激光器的衍射特性,采用一块体布喇格光栅与一块横向啁啾体布喇格光栅组成双体布喇格光栅,理论分析了组合前后体布喇格光栅的衍射特性,实验研究了双体布喇格光栅外腔二极管激光器的输出光谱特性。结果表明,在双体布喇格光栅外腔反馈的作用下,可以实现双波长同时输出,通过横向移动横向啁啾体布喇格光栅,可以在保持其中一个中心波长不变的情况下,使另外的一个波长在800nm~815nm的范围内线性调谐。此研究为基于双体布喇格光栅实现双波长输出的大功率二极管激光器提供了实验指导。     

均匀光纤布拉格光栅横向受力特性的理论分析

对均匀光纤布拉格光栅(FBG)中间一段横向受力特性在仿真的基础上作了理论和实验研究。采用传输矩阵法分析了光纤布拉格光栅中间一段横向受力时的反射谱变化,并且基于传输矩阵法进行了数学推导。当光纤布拉格光栅中间一段受到横向力时,反射谱的反射峰发生分裂,并且分裂点随受力大小的变化呈线性、周期性的移动。给出了线性表达式,分裂点以11.06 N为周期在光纤布拉格光栅的全波带宽内移动,周期内分裂点波长漂移相对于受力的灵敏度约为带宽与周期的比值,周期大小与受力光栅长度无关。给出了详细的理论分析、仿真结果和实验图谱,实验结果与仿真效果一致。     

可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅设计

提出了一种可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅。由期望得到的四波前衍射频谱出发,根据夫琅禾费衍射原理并结合光通量约束的随机编码方法得到了由振幅编码光栅和棋盘式相位光栅构成的随机编码混合光栅,与改进的哈特曼模板(MHM)相比,其衍射场中只有四个级次,更好地实现了四波横向剪切干涉。分析确定了入射光束口径、光栅栅距以及观察距离等系统参数。分别给出了随机编码混合光栅和MHM的远场衍射光场分布及四波横向剪切干涉图,对比发现随机编码混合光栅的远场衍射光场中只有四个等光强的光斑存在,其四波横向剪切干涉图稳定,可以实现任意畸变的波前检测。     

光盘读写头光栅纵向和横向加工误差数值分析

基于标量衍射理论给出了矩形光栅衍射效率的一般表达式,数值分析了VCD、DVD和CD-ROM光盘读写头(光学头)分束光栅纵向和横向加工误差对辅助光束与读写主光束强度之比以及对透过率的影响.结果表明,对辅助光束与读写主光束强度之比,纵向加工误差与横向加工误差可以互补,但是,要以损失部分透过率为代价;对光学头分束光栅,其纵向加工误差与横向加工误差间存在的互补性,对光栅的具体制作有着实际的参考价值.     

液晶可调谐VCSEL中高对比光栅结构的设计

基于严格耦合波理论设计了一种以液晶为低折射率材料的Si-SiO2复合高对比光栅,该光栅适合用于实现液晶可调谐功能的垂直腔面发射半导体激光器件。当940nm的TM偏振光入射时,通过优化参数可得到宽带(Δλ=256nm)高反射率(R>99%)且具有偏振稳定性的光栅结构,满足垂直腔面发射半导体激光器顶部腔面反射镜要求。液晶折射率的改变不会影响光栅的性能,未来有望将高对比光栅或混合光栅与液晶可调谐垂直腔面发射半导体激光器相结合,实现可调谐半导体激光器。     

一种波长稳定可调的窄线宽外腔二极管激光器

采用横向啁啾体布拉格光栅作为二极管激光器的外腔,实现一种简单易行的窄谱线宽、波长稳定且连续可调谐的外腔二极管激光器。实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的波长稳定性及谱宽压窄特性,分析了横向啁啾体布拉格光栅的波长调谐特性及其功率特性,研究表明,在横向啁啾体布拉格光栅外腔反馈的作用下,二极管激光器输出光谱的中心波长得到了锁定,同时输出谱线宽度显著变窄,通过横向移动啁啾体布拉格光栅的相对位置,可以实现外腔二极管激光器输出光谱的连续调谐,连续可调范围为800~815nm,在整个可调范围内谱的半峰全宽(FWHM)小于0.3nm,最大输出功率为2.01 W,输出功率偏移度小于1.5%。     

正交级联液晶偏振光栅的收发分离结构设计

正交级联液晶偏振光栅可实现光束大范围偏转,在空间激光通信与激光雷达等领域具有广阔的应用前景,其大部分应用领域均需要同时发射激光与接收激光,如何解决发射光与接收光分离的问题尚未见报道。针对这一问题,文中根据1/4波片、1/2波片以及液晶偏振光栅理论推导了线偏振光源经过被动液晶偏振光栅层以及正交级联液晶偏振光栅后偏振态的变化,验证了出射光偏振态与光束偏转角度的可逆性。采用偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、正交级联液晶偏振光栅等器件设计了一种可实现发射光与接收光偏转与分离的光学结构,构建了测试系统,最后通过测试结果证明了理论的正确性与结构的适用性。     

横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器光谱特性研究

采用光束传输法分析了横向啁啾体布拉格光栅的衍射特性,实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的功率特性、光谱特性和波长调谐特性,数值计算和实验结果表明:横向啁啾体布拉格光栅的峰值衍射效率随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而降低,光谱选择宽度随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而增大;当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的快轴方向一致时,外腔二极管激光器的外腔效率为85%,在808.05 nm处的输出激光光谱宽度为0.27 nm;当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的慢轴方向一致时,外腔二极管激光器的外腔效率为89%,在808.05 nm处的输出激光光谱宽度为0.3 nm,两种外腔激光器都较好地实现了约15 nm波长调谐范围,且在整个调谐范围内输出功率波动范围分别小于1%(快轴方向一致)与1.5%(慢轴方向一致)。     

不同粘贴方式的光纤光栅压力传感器的研究

理论上分析了光纤光栅的压力传感特性,并采用纵向和横向方式将光纤光栅粘贴在自 行设计、型号为ZXYCO1的平膜片上,并进行了加压和减压的高压实验。实验结果表明:纵向粘贴的光纤光栅压力灵敏度系数比横向粘贴的高几倍,其值分别为87pm /MPa和14pm /MPa左右,其测量精度分别为0. 2% F. S和1% F. S;光纤光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系、重复性和较高的相关系数,适合于压力测量。     

全息记录材料光致聚合物的收缩率

基于光致聚合物材料曝光后横向收缩与厚度收缩引起光栅矢量大小和方向的变化,导出了光致聚合物的收缩率与光栅读出角的布拉格偏移之间的显性关系.并设计了两步实验法,采用蓝光记录、红光动态扫描读出,分别对光致聚合物中的非倾斜光栅和倾斜光栅的布拉格偏移进行了实验测量.对自行研制的两种新型蓝光敏感光致聚合物样品,测量了其横向与厚度的收缩率,求出了材料的体积收缩率,其中经过优化配比的样品体积收缩率小于0.5%.实验也表明材料的横向收缩一般是不能忽略的.通过这种简明可靠的收缩率测量方法,可较快确定大量光致聚合物样片的收缩率,有助于找出收缩率与材料组分的关系.     

投影光刻中相位光栅对准信号计算的新模型

对分步重复投影半导体光刻机相位光栅对准信号作详细的分析,提出了更加合理精确的计算模型,并与其他论文中的实验数据作了初步比较,模型与实验更加接近,本文所提供的方法也适用于有减反膜的光刻工艺对准信号的分析。     

MEMS光栅陀螺制造与测试

根据MEMS光栅陀螺工作原理,对陀螺结构仿真,并进行了晶圆级陀螺制造。在ANSYS中建立陀螺结构模型,并进行仿真分析。仿真结果显示,其驱动模态为7 287 Hz,检测模态为7 288 Hz,频差为1 Hz,表明结构有高灵敏度。通过工艺设计,采用溅射、湿法腐蚀、深反应离子刻蚀、阳极键合等工艺成功制造了MEMS光栅陀螺。大气压下搭建的测试系统测得该陀螺的驱动模态为7 675 Hz,检测模态为7 703 Hz,与仿真结果相对误差为5.6%,验证了工艺的可行性。     

The use of atmospheric pressure MOVPE for the growth of high performance uncooled 1300 nm DFB lasers

Manufacture of high performance uncooled 1300 nm distributed feed-back (DFB) lasers operating single mode over the −40 to +85°C range requires control of the wavelength variation across a 2″ wafer to less than 10nm and preservation of grating definition during processing and regrowth. We have used atmospheric pressure metalorganic vapor phase epitaxy, without substrate rotation to achieve the necessary uniformity. Material was assessed using photoluminescence, x-ray diffraction, transmission electron microscopy, electrochemical current/voltage profiling, and secondary ion mass spectroscopy. The devices are based on a strained quantum well structure with an n-type grating layer to provide gain coupling. The best result gave a wavelength spread across 32×32 mm center square of a 2″ InP wafer of 3 nm. Buried heterostructure DFBs manufactured with high yield in this way operate from −40 to +85°C, with thresholds at 85°C as low as 18 mA.     

光纤光栅法布里-珀罗腔的单模特性研究

分析了基于方向耦合器的光纤光栅法布里－珀罗腔的单模输出条件;在此条件下讨论了谐振腔的完全单模输出特性,并分析了其调谐特性。     

Littrow型光栅外腔半导体激光器的输出特性分析

在讨论光栅外腔半导体激光器理论的基础上.对影响Littrow型光栅外腔半导体激光器输出功率和线宽压窄的各种因素进行了数值模拟分析.研制了单纵模高质量激光输出的Littrow型光栅外腔半导体激光器,在工作电流为400 mA时,连续输出功率达到180 mW,线宽优于1 MHz.     

太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争与功率特性

结合实验和理论计算研究了太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争和功率特性.研究表明,激光器在整个动力学范围内均稳定地工作在横向及纵向的基模.横向基模的产生原因是脊条两侧的吸收边界有效提高了高阶横模的损耗.纵向基模的产生原因主要是谐振腔内基模与高阶纵模的电磁场分布交叠较大,并且频率接近,从而有效避免了增益在空间和频域的烧孔效应.此外,激光器的辐射效率随分布反馈光栅长度的增加而减小,导致只有在特定的光栅长度才能获得最大的输出功率.该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相激光器阵列的研制.     

Spectral locking in an extended area two-dimensional coherentgrating surface emitting laser array

The spectral properties of a monolithic pair of two-dimensional coherent grating surface emitting (GSE) laser arrays optically coupled by means of total-internal-reflection corner turning mirrors are discussed. Each of the pair consists of six groups of ten laterally Y-coupled, index-guided ridge lasers interspersed with second-order distributed Bragg reflector (DBR) grating sections in the longitudinal direction to provide feedback and surface emitting output coupling. The turning mirrors were formed by focused-ion-beam micromachining channels in the wafer angled at 45° to the laser waveguide. Locking of the emission spectra of the pair of GSE arrays and shifting of the spectrum of one of the pair by varying the drive current to one gain section in the other have been demonstrated     

偏振调控全光开关的设计分析

给出了一种工作波长为1550nm,基于电光偏振调控的1×2全光开关的设计方法,该光开关由TE-TM模式转换器和偏振分束光栅构成.通过TE-TM模式转换器控制输出信号光的偏振态,由偏振分束光栅选择输出端口.所设计的全光开关两出射端口的串音分别低于-72dB和-33dB,可实现纳秒量级的开关速率,且串音小、结构简单,在全光...     

High power, diffraction-limited emission from monolithically integrated active grating master oscillator power amplifier (lasers)

A novel monolithically integrated master oscillator power amplifier with a distributed amplifier/grating output coupler is demonstrated which emits 370 mW in a single-frequency diffraction-limited beam without any form of active phase control. The distributed amplifier/grating output coupler results in a guided mode power that saturates along the direction of propagation, providing a uniform carrier density to preserve the flatness of the radiated phase front.<>     

色散管理光纤锁模激光器在近零色散域的非线性优化

目前,飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中,色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高,光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构,提升激光器的紧凑性和稳定性,因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法,研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时,腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明,在腔内净色散值为负时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短,光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽,从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲;腔内净色散值越接近零时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著;腔内净色散值为正时,单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱,优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后,提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。