弱反馈光纤光栅外腔半导体激光器特性研究

分析了弱反馈光纤光栅外腔半导体激光器的工作原理 ,将反馈作用等效为光子寿命的改变 ,利用激光器简化多模速率方程理论计算了外腔激光器输出功率和边模抑制比随光栅反射率的变化关系 ,得出外腔激光器存在光栅最佳反射率的结论。并对用不同反射率光栅作外腔的半导体激光器进行了实验比较 ,对此结论进行了验证。实验中获得了边模抑制比达 2 5dB的单模输出     

光纤光栅外腔半导体激光器改进模型分析

改进了基于耦合腔激光器模型的光纤光栅外腔激光器静态分析模型．在考虑了激光器和光纤光栅之间的耦合效率后．将光从激光器耦合进光纤光栅的耦合系数η1和从光纤光栅反馈回激光器的耦合系数η2推导进描述耦合腔的散射矩阵元中．修正了耦合腔模型的表达式。发现两个耦合系数η1ljη2之积的大小对增益曲线产生具体影响。分析表明短外腔及短的光纤光栅长度决定了损耗曲线最低处单纵模振荡．激光管芯与光纤端面的反射率也对阈值电流、边模抑制比产生明显影响．尤其对于激光器端面反射系数比较大的情况．可以通过仔细设计空气间隙的长度实现外腔模和法布单一珀罗(F-P)模式的匹配。     

单片集成式反应离子刻蚀沟槽耦合腔AlGaAs/GaAs激光器

利用反应离子刻蚀(RIE)技术刻蚀激光器腔面,获得集成式沟槽耦合腔AlGaAs/GaAs激光器,在室温下实现CW稳定单模运转。单模半宽约为0.23nm,边模抑制比达19dB,模间距约2.5nm,单模运转双腔阈值电流为52mA。     

基于半导体光放大器交叉增益调制效应的主动锁模光纤激光器

提出一种腔内损耗小的基于半导体光放大器(SOA)交叉增益调制效应(XGM)的主动锁模光纤激光器结构。使用光环行器成功减小了激光器的腔内损耗,提高了激光器的输出功率。从理论上对有理数谐波锁模过程中腔内脉冲复合的物理机制进行了详细分析。利用有理数谐波锁模技术,在调制频率为10 GHz下,得到了重复频率为30 GHz的皮秒级光脉冲序列输出,其峰值功率约0.5 mW。由于半导体光放大器的宽增益谱与滤波器的较大可调谐范围,使得激光器输出可以在较大的波长可调谐范围内保持较大功率输出。成功实现了调制频率为20 GHz的谐波锁模短光脉冲输出,可调谐范围达40 nm,峰值功率大于0.65 mW。半导体光放大器和激光器的短腔长保证了激光器的长期稳定性。     

基于衍射光栅耦合输出的一级分布反馈太赫兹量子级联激光器

对比研究了两种不同结构太赫兹波段的双金属波导一级分布反馈量子级联激光器(THz-DFB-QCL).提出并实现基于衍射光栅耦合输出的THz-DFB-QCL中,太赫兹波通过衍射光栅而非解理腔面形成出射.计算表明,优化衍射光栅的结构可实现约70%的激光输出效率和小于1%的反射率,激光发散角约为10°×50°.极低的反射率可以有效抑制反射波对腔内谐振的干扰,是获得单模激射的关键.实验上,利用衍射光栅耦合输出的激光器实现了频率约2.58 THz的稳定单模激光,边模抑制比达23 dB,光束分布与理论计算相吻合.得益于较好的衍射效率和光束准直性,相比于常规的解理腔面边发射激光器,通过衍射光栅耦合输出显著提升了激光功率.     

“F-P”复合腔CO2波导激光器的研究

提出了CO2波导激光器的新构型——“F-P”复合波导腔。理论分析了基本原理和基本特性,并给出实验结果。理论分析和实验结果表明:“F-P”复合波导腔具有低的腔模耦合损耗,高的腔Q值和大的腔自由光谱区,以及长的运转寿命。并且实现了CO2波导激光器的低损耗外腔式运转,为波导激光器的腔内调制提供了足够大的空间。因而开拓了CO2波导激光器的应用前景。     

外腔半导体激光器的模式锁定

用电流直接调制外腔半导体激光器可实现主动锁模,外腔半导体激光器在适当的腔长范围内可产生周期与光在外腔中往返时间相应的自脉动光输出现象,在适当的条件下自脉动可转化为被动锁模。将自脉动信号或被动锁模输出信号经光探测器转换成高频电信号后注入半导体激光二极管,实现了主被动自洽锁模。在频谱仪上观察到微波谱带宽变窄的模式锁定现象。微波谱带宽接近纵模线宽。脉冲宽度<200ps(受探测器响应时间的限制)。实验表明采     

低掺杂铒纤上分布反馈布拉格光纤激光器的制作

采用准分子激光器成功地在低掺杂普通铒纤上制作出5 cm的光纤光栅分布反馈布拉格(DFB)激光器,铒纤的峰值吸收率为5 dB/m,在100 mW,980 nm抽运光条件下,光纤激光器的输出功率为50μW,边模抑制比为50 dB。使用耦合模理论分析了一段5 cm带相移的分布反馈布拉格光纤激光器输出光强同腔内损耗及相移量的关系,计算结果表明,光纤腔内的损耗对激光器的输出具有非常重要的影响,大的损耗对应获得最大功率的光栅耦合强度相应减小,因此,在低掺杂铒纤上制作分布反馈布拉格激光器必须正确估计光纤激光器的腔内损耗,选择合适的光栅耦合强度,可以获得较大的输出功率。     

外腔半导体激光器动态模稳定性的研究

为了研究调谐过程中外腔半导体激光器的模稳定性,采用多光束干涉理论推导Littrow结构外腔半导体激光器的腔增益,并模拟其模结构。分析了光栅面和转臂不在同一平面的情形下,在光栅转动调谐时,通过匹配光栅的反馈波长变化率与外腔波长变化率,推导出最佳的初始外腔长度,并研究了动态模稳定（无跳模调谐）的范围;采用严格的耦合理论和光线变换矩阵分析了准直（耦合）透镜的位置对系统后向耦合效率的影响。结果表明,系统后向耦合效率最大可达99%,极大地压窄了中心波长为780nm半导体激光器的线宽,外腔半导体激光器的理论线宽为未加外腔时的0.96%,动态模稳定范围可达6.8nm。     

一种可降低Littman-Metcalf光栅外腔半导体激光器衍射损耗的结构设计

基于原有Littman-Metcalf型光栅外腔半导体激光器的工作原理,设计了一种可以降低衍射损耗的外腔结构。在Littman-Metcalf结构的基础上增加一个反射镜,将闪耀光栅二次衍射产生的零级衍射光反馈回半导体激光器本征腔。推导了新结构模型外腔损耗的表达式,通过等效腔的概念对两种结构激光器的外腔损耗、阈值电流、输出线宽以及输出功率进行了仿真分析。结果表明：将二次衍射产生的零级光反馈回有源区可有效降低Littman-Metcalf结构激光器的外腔损耗,提高了系统的耦合效率,从而降低阈值电流,提高了激光器的输出功率。同时,由于提高了外腔反射效率,该外腔结构进一步压窄激光器的输出线宽。对影响低损耗Littman-Metcalf外腔激光器输出线宽以及输出功率的因素(端面反射率、内外腔长、闪耀光栅衍射效率以及反射镜反射率等)也进行了仿真分析,为后期激光器制作提高了理论指导。     

单频钕玻璃激光器最佳耦合Q开关理论的实验研究

本文描述一个单频改玻璃激光器。采用腔反射镜选模技术,并根据最佳耦合Q开关理论,腔镜的每个表面镀以12％的增反膜,获得了脉宽60us、能量3.5mJ的单模激光器脉冲输出。其实验结果与最佳耦合Q开关激光理论的预测值一致。     

光纤光栅外腔半导体激光器的理论和实验分析

从耦合模理论出发,结合激光原理,研究了光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)的理论模型．得到光纤光栅反射率的解析解。利用速率方程理论讨论FBG-ECL的高频响应特性。根据等效腔模型．讨论了耦合系数对FBG-ECL阈值特性的影响。指出存在最佳光纤光栅反射率．使得激光器不仅功率输出大,而且边模抑制比高。最后实测了不同反射率情况下激光器的激射光谱。     

一种产生相干超短光脉冲的简易方法

利用短耦合腔半导体激光器的直接调制,产生脉宽为17.8ps,边模抑制比达38dB的相干超短光脉冲,脉冲峰值功率达130mW。     

1.52μm,60kHz线宽光纤布拉格反射镜外腔半导体激光器

本文报道1.52μm光纤布拉格反射镜外腔窄线宽半导体激光器的制作和实验结果,已实现光谱线宽60kHz,边模抑制比优于30dB,输出功率>-5dBm,频率稳定度为50MHz。     

腔镜对掺铥光纤激光器输出性能的影响

由于2 mm激光处于人眼安全区和大气的弱吸收带,因此掺铥光纤激光器受到了广泛关注。比较了掺铥双包层光纤在激光二极管(LD)抽运时后端分别采用平面镜和凹面镜下激光器输出功率特性。实验和理论表明,由于光纤端面和平面反射镜之间存在着间隙、倾斜以及光纤端面存在缺陷等因素,使得激光腔的损耗增大,激光器输出性能受到严重影响。根据波动理论分析了光纤后端面分别采用平面反射镜和凹面反射镜下谐振腔插入损耗特性,理论表明采用凹面反射镜时谐振腔损耗要比采用平面反射镜时小。光纤后端的腔镜采用凹面镜时,获得最大输出功率为22 W,对应的中心波长为1998.6 nm,相对于入射抽运光功率的斜率效率为43%的激光输出。相比采用平-平腔的激光器其斜率效率提高了10%,镜面承受的热损伤得到大幅缓解。     

光栅调谐外腔半导体激光器特性

用一端面镀制高效减反射膜的激光二极管（实际已变成超辐射发光二极管），作为外腔中的增益介质与衍射光栅一道构造了光栅调谐外腔半导体激光器，并对其特性进行了分析和实验研究，实现了外腔半导体激光器的宽带调谐单模输出，调谐范围宽达４０ｎｍ，测定了阈值电流和调谐波长的关系。     

1.3μm外腔粘接型窄线宽InGaAsP单模半导体激光器

我们采用粘接技术将半导体激光器、自聚焦透镜和平面反射镜三者构成一个整体,作成了性能优异、结构小巧紧凑的外腔半导体激光器,其输出波长为1.3μm,输出功率大于2mW,单模线宽约2MHz,单模稳定时间接近一小时,输出光斑尺寸及光束发散角均较小。该激光器不需要任何机械调整,可以有效地消除机械不稳定性,一经注入适当的工作电流,在无恒温的普通实验室中即可获得较长稳定时间的窄线宽单纵模输出,给使用者带来较大方便。稳定的     

光栅反馈频率可调谐扩展腔半导体激光器

为了实现半导体激光器在795nm处的单模输出,采用输出端面镀有增透膜的半导体激光二极管作光源,用光栅反馈的方法构成扩展腔,研制了波长为795nm、频率可调谐半导体激光器,并对该激光器进行了实验测试,可知其频率连续调谐范围约7.6GHz,激光线宽约为2.5MHz,运行在110mA时输出功率达43mW。结果表明,该半导体激光器可用于激光与铷原子相互作用中的量子相干效应的研究。     

1.06μm注入锁定增益开关半导体激光器特性分析与功率放大研究

报道了1.06 m增益开关半导体激光器的详细特性分析和功率放大研究。用高频正弦信号调制中心波长1.06 m的F-P腔半导体激光器得到脉宽约为100 ps、平均功率约为20 mW,重频从500 MHz到2 GHz连续可调的稳定短脉冲激光输出。采用注入锁定改善增益开关半导体激光器的输出特性。研究和分析了调制信号的频率、功率和偏置电流的大小以及注入锁定的功率、温度对激光器输出特性的影响。将该激光器作为种子,用108 W的抽运光进行两级全光纤功率放大得到了82 W的高功率输出,光光转换效率达到76%。     

长波长动态单模半导体激光器的调制频移

<正> 一、引言光纤通讯的发展日益向单模光纤和相干外差通讯发展,要求作为其主要信号光源的半导体激光器不但在直流下能够稳定单模工作,并且在高速调制状态下也能够稳定单模工作并且光谱线宽很窄。在动态单模半导体激光器(DFB,耦合腔等)中,尽管在高速调制时可以保持单模工作,但单模的谱线严重展宽,可以比其静态谱线宽度大数千倍,这个展宽严重影响半导体激光器作为高速相干光通讯光源。为了了解其光谱展宽规律从而改进其动态光谱特性,本文将对动态单模半导体激光器在高速调制下的光谱行为进行分析。