外腔半导体激光器的设计与高次谐波稳频

首先讨论了半导体激光器外腔结构参量对激光连续可调范围影响的理论计算方法，给出了Littrow结构外腔半导体激光器调谐范围的计算结果。然后介绍了半导体激光器外腔结构参量的具体设计，利用该设计得到了出射激光线宽小于1 MHz、连续可调谐范围可达3 GHz的780 nm波段外腔半导体激光器。接着讨论了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频，优化激光频率短期稳定度的方法。最后根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频，得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

外腔半导体激光器多稳条件的解析表达

利用强反馈条件下光栅调谐长外腔半导体激光器（ECLD）在任意频率v处振荡所需的阈值载流子密度N（v）的解析表达式,导出了在ECLD的N-v（载流子-频率）或P-v（功率-频率）曲线出现多解的条件,并以此做了相应的讨论。     

1．3μm外腔粘接型窄线宽InGaAsP单模半导体激光器

外腔半导体激光器具有一些令人瞩目的优点，其中最突出的是它可以提供线宽很窄的单模激光，而且价格低廉。这一特点暂时还不易被其它形式的半导体激光器（如单模的激光二极管，DFB半导体激光器）所取代，因而还有一定的发展前途，这也是现今世界上有不少国家、大学和研究机构积极从事外腔半导体激光器研制的原因。     

外腔中激光二极管模式内的调谐

作为研究外腔半导体激光器（ＥＣＬＤ）双稳特性的第一步，我们研究了在激光二极管模式内可能实现外腔振荡的相对调谐范围，在此基础上，我们导出了归一化到激光二极管模式间距的相对调谐范围，讨论了外腔反射率的影响。     

外腔半导体激光器设计与高次谐波稳频

研究了利特罗(Littrow)结构外腔半导体激光器的结构参量对激光连续可调范围的影响。给出了反射镜转轴等处的机械加工误差对激光波长连续可调范围所造成的影响的数值计算结果。介绍了半导体激光器外腔结构设计的具体细节要点。利用该设计制作的外腔只需要配合商用半导体激光管便可以得到优质的780nm激光输出,经测量其线宽小于1MHz,连续可调谐范围大于3GHz。利用腔外Rb饱和吸收谱的三、五次谐波稳频方法对半导体激光器进行了稳频。其中提出了优化激光频率短期稳定度的方法,并对调制深度的选择给出了详细的理论解释。根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

增大ECLD调谐输出曲线双稳环宽度的研究

利用导出的描述外腔半导体激光器（ＥＣＬＤ）双稳特性的阈值载流子密度与振荡频率之间的关系的基本方程求得了跳变点处的载流子密度及的解析表达式,并由此分析了双稳环宽度随ＥＣＬＤ几个关键参量的大小而变化的情况。     

用于干涉测量的光栅外腔半导体激光器

研制了用于光干涉测量的单稳频、窄线宽光栅外腔半导体激光器(LD)。它由出光面镀有增透膜的单管半导体激光器、光束校正准直系统、闪耀光栅、注入电流驱动系统及温度控制系统组成。闪耀光栅作为外腔光反馈元件对单管半导体激光器输出的纵模进行选择，使之工作在单纵模状态。外腔的引入还使输出光的谱线宽度得以大大压窄。注入电流驱动系统为半导体激光器提供工作电流。温度控制系统由双层温控组成。第一层用于控制单管半导体激光器管芯温度；另一层用于及时带走第一层温控产生的热量，并消除环境温度影响，使外腔温度稳定。该温控系统可使所构成激光器的温度稳定在1‰℃量级。对研制的外腔半导体激光器的特性进行测试，其输出功率恒定、模式单一稳定、谱线宽度优于1．4MHz。     

减反射膜与外腔半导体激光器调谐范围

由于镀了减反射膜的半导体激光二极管端面的反射曲线的谱宽有限，而且，增益峰值波长随载流子密度的变化，因而实际上起作用的反射率通常都比能测到的最低反射率高，在腔内可建立的载流子密度的上限比预期的低。在考虑了这些因素后，计算了用这种管子作外腔半导体激光器（ＥＣＬＤ）的增益介质时，ＥＣＬＤ的调谐范围。     

1.53μm光纤光栅外腔半导体激光器乙炔吸收稳频

报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频.通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8.     

长腔长体布拉格光栅外腔半导体激光器

为了实现体布拉格光栅外腔半导体激光器(VBL)的外腔腔内光束合成,研究了长腔长VBL的激光输出特性。采用焦距为25 mm的平凸柱透镜作为单管激光二极管(LD)的慢轴准直镜,同时快轴方向体布拉格光栅(VBG)离轴放置,使得VBL的外腔腔长达到约240 mm,线宽从自由运转时的1.8 nm压窄至0.14 nm。在实验中,改变LD的偏振特性,VBL的激光输出特性不变。通过调节VBG温度,该长腔长VBL的激光中心波长从779.18 nm到779.75 nm连续可调,调谐过程中线宽基本不变。     

可调谐垂直腔面发射激光器

近年来国内外在可调谐垂直腔面发射激光器这一研究领域取得了极大的进步。叙述了可调谐垂直腔面发射激光器的结构原理和发展历程,对不同结构的优缺点作了对比介绍,展望了可调谐激光器的发展前景。这种器件在光传输、光互连及光并行信息处理等方面有着良好的应用前景。     

Theoretical analysis of longitudinal mode coupling in external cavity semiconductor lasers

The single longitudinal mode behavior in long external cavity semiconductor lasers is discussed. Experimentally, the laser exhibits a single frequency oscillation even for an external cavity length of 100 cm. The mode selectivity of a composite cavity is shown to be insufficient to explain the experiments. Longitudinal mode coupling in semiconductor lasers is found to arise from an interference effect between the modes on the interband transition probability of electrons. Mode coupling equations are derived, which indicates that the single mode oscillation in long external cavity semiconductor lasers is brought about when the coupling strength goes beyond a critical value. It is shown that the effect of the hole burning in the external cavity semiconductor lasers is similar to that in the solitary laser.     

The tuning characteristics of optically pumped fir cavity laser

Based on the quantum mechanics theory of density matrix and the principle of multiple-beam interference, the tuning characteristics of optically pumped NH₃ FIR lasers were studied. A series of metallic mesh Fabry-Perot cavity lasers with sample tubes of 10cm, 20cm and 100cm in length were constructed and operated successfully, and the FIR laser spectra of the NH₃ cavity lasers pumped by a TEA-CO₂ laser were measured.     

垂直腔的光场调控及其应用（特邀）

垂直腔是激光器、探测器、滤波器、传感器等器件的核心结构,垂直腔的光场分布对激光器、滤波器、传感器等的性能具有重要的影响。垂直腔的结构影响垂直腔的光场分布,从而影响基于垂直腔的器件设计、制作以及其性能。近年来,人们围绕垂直腔的构建及其光场调控做了大量的研究,在理论基础以及器件应用等方面取得了显著进展。首先,介绍了传统上/下分布布拉格反射镜垂直腔的色散特性,和其光场调控的方法以及它们在激光器和滤波器等领域的应用;其次,介绍了基于一维和二维高折射率差亚波长光栅基复合腔的色散特性,和它们在新型激光器和单片集成多波长滤波器阵列等领域的应用;最后,对文章进行总结并展望了垂直腔的新应用。     

高性能InAs/GaAs量子点外腔激光器

为了获得高性能的量子点外腔激光器(ECL),利用InAs/GaAs量子点Fabry-Perot(FP)腔激光器研制了光栅外腔可调谐ECL。对InAs/GaAs量子点ECL进行了一系列的性能测试,主要包括单模稳定性测试、单模调谐范围测试、阈值电流密度测试、无跳模连续调谐测试和输出功率测试。在室温条件下获得了24.6nm的连续调谐范围,覆盖波长从999.2nm到1 023.8nm,并且实现了波长无跳模连续调谐。在调谐范围内最低阈值电流密度为1 525A/cm2,而且在中心波长处获得的单模输出功率为15mW,单模边模抑制比(SMSR)高达35dB。研究结果表明,通过构建光栅外腔可以实现高性能的InAs/GaAs量子点ECL。     

CO激光器的光栅色散腔选支

本文报导在GO激光器中采用光栅色散腔进行了实验比较,提高了波长的分辨力。     

铜激光泵浦染料激光器腔结构的实验研究

对高重复率铜激光横向泵浦染料激光器的四种腔结构进行了实验研究,比较了它们的工作特性.实验发现双棱镜扩束系统加自准直光栅的腔结构最为理想.获得了线宽为0.0012nm、转换效率为7.5%,放大荧光(ASE)背景为1.5%的单纵模激光输出.     

共腔双区激光器的外量子效率

推导了共腔双区激光器的外量子效率,计算了GaAs-Al_(0.3)Ga_(0.7)As DH共腔双区激光器的外量子效率与注入电流的关系.测量了GaAs一Al_(0.3)Ga_(0.7)As DH共腔双区波导激光器的外量子效率,实验结果和理论分析基本一致.     

Highly coherent long cavity GaAs/AlGaAs single quantum-well lasers

Measurements of the spectral properties of ridge waveguide graded index separate-confinement heterostructure single-quantum-well GaAs/AlGaAs lasers are discussed. Long cavity lasers (800 μm) exhibit remarkably pure single-longitudinal mode spectra under continuous operation in spite of the short cavity mode spacing. At an output power of 5 mW, the sidemode suppression exceeds 24 dB and the linewidth is 1.5 MHz. The linewidth-power product is 6.4 MHz-mW. Measurements of the linewidth power product as a function of cavity length L gives an L^-2 dependence in agreement with theory for lasers with small internal loss. The results are used to deduce the linewidth enhancement factor α at the gain peak wavelength ant its dependence on the excitation level. A decrease in α was observed for lasers operating at the second quantized state due to a recovery of the differential gain     

Effect of external optical feedback on spectral properties of external cavity semiconductor lasers

The effects of external optical feedback on the spectral properties of single-mode external cavity semiconductor lasers that use a graded-index (GRIN) lens in the optical cavity have been investigated. Mode rejection ratio and intensity drop-out rate of the dominant mode as a function of optical strength have been measured. These measurements show that a laser with a short (160 ?m) GRIN-lens external cavity can tolerate optical feedback as large as ?20 dB without significant penalty. This minimum optical feedback can be larger when lasers with shorter cavity length are used.