DFB半导体激光器自注入锁定失稳因素分析

分布反馈(Distributed Feedback, DFB)半导体激光器具有体积小、成本低和工艺成熟等优势,但兆赫兹量级的线宽使其应用范围受限。采用环形谐振器对其进行自注入锁定,可将线宽压窄到千赫兹量级,但仍存在锁定不稳定的问题。文章采用四只不同的环形谐振器对DFB半导体激光器进行自注入锁定,通过实验监测自注入锁定时多个端口的光功率、偏振态和光波长的变化,揭示影响DFB半导体激光器自注入锁定稳定性的因素有谐振模式跳变、偏振态跳变,以及外界温度和振动引起的锁定环路的相位变化,且使用不同类型的环形谐振器进行锁定时,主导的影响因素不同。控制这些影响因素可以改善DFB半导体激光器自注入锁定的稳定性,使DFB半导体激光器自注入锁定技术有更好的应用效果。     

光纤光栅外腔半导体激光器的线宽特性研究

通过构建外腔半导体激光器的等效腔模型,并在修正的肖洛-汤斯线宽公式中引入外腔压窄因子,系统模拟了光纤光栅外腔半导体激光器的电流阈值特性和线宽特性.以等效腔模型为基础,综合考虑外腔压窄因子,利用修正后的肖恩-汤斯公式,使用Matlab对外腔激光器的阈值和线宽特性进行了系统的模拟.模拟结果表明:通过增加外腔反射率,可有效增加光子寿命并降低阈值载流子浓度,进而获得较低的阈值电流,对于0.81的外腔等效反射率,阈值电流低至3.83 mA;通过增加外腔反射率、耦合效率和外腔长度,可显著压窄线宽至千赫兹量级;此外,合理限制增益芯片尺寸也会压窄线宽.激光器工作电流为60 mA时,当外腔光栅反射率由0.1提高至0.9可使阈值电流由9.04 mA降低至4.01 mA,线宽由95.27 kHz降低至1.34 kHz;当外腔长度由2 cm增加至6 cm时,激光器线宽由3.20 kHz降低至0.36 kHz.     

窄线宽半导体激光器件

分布反馈半导体激光器的线宽一般较大,难以满足光纤传感等领域的要求。根据C.H. Henry于1982年提出的半导体激光器的线宽理论,通过适当设计DFB半导体激光器的腔长、耦合系数、微分增益、光限制因子,能有效地减小激光器的线宽。同时,空间烧孔现象也可限制DFB半导体激光器的线宽,为此需要合理设计光栅结构。在此基础上,DFB激光器的线宽能达到几十千赫兹的量级。此外,采用DBR结构或者外腔结构,也可以获得相当窄的线宽。     

光反馈对光纤光栅外腔半导体激光器特性的影响

主要研究了外加光反馈对光纤布拉格光栅外腔半导体窄线宽激光器特性的影响。在研究温度对光纤光栅外腔半导体激光器激射波长影响的基础上,设计了强度可调的外加光反馈系统,并利用延时自外差法测试外腔半导体激光器的线宽,从实验上分析了不同强度的外加光反馈对外腔半导体激光器线宽和噪声的影响。实验结果表明,在外加光反馈强度逐渐增强的过程中,激光器线宽逐渐变窄。当反馈比为-22dB时,激光器线宽被压窄至原始线宽的15%。与此同时,在相同的反馈变化下,激光器的相对强度噪声开始无明显变化,直到反馈比达到-27dB。再继续增大反馈强度,相对强度噪声显著增大,激光器内部发生相干崩塌。     

弱耦合互注入锁定半导体激光器的线宽研究

高速光通信、高分辨率光传感等领域的发展迫切需要窄线宽激光器，半导体激光器凭借其高可靠性、高转化效率以及易于集成等优点得到广泛应用。当前，虽然实验已发现在弱耦合条件下，互注入锁定激光器可以显著改善半导体激光器的线宽，但缺乏稳定性分析的有效手段以及关键参数对线宽影响的深入分析。本文使用基于传输矩阵理论的阈值增益分析模型定性分析了互注入锁定激光器的稳定性，并应用基于噪声相关性的迭代噪声模型深入分析了线宽的主要影响参数，为窄线宽互注入锁定半导体激光器的应用提供参考。     

单纵模耦合腔半导体激光器

八十年代,高数据速率长距离光纤传输和相干光通信的发展,推动了单频半导体激光器的研究,主要的研究工作有分布反馈(DFB)式激光器、解理耦合腔(C~3)激光器和外腔式激光器。连续工作条件下,DFB激光器的线宽光功率乘积约为30MHz·mW,线宽最窄已达4MHz;C~3激光器的线宽功率乘积为2.5～3MHz·mW,10mW     

全光纤窄线宽脉冲激光器

介绍了一种全光纤窄线宽脉冲激光器。该激光器由两部分组成,即脉冲光纤激光器种子和由隔离器、耦合器以及光纤光栅组成的窄线宽脉冲提取装置。脉冲光纤激光器种子是基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)为锁模机制的全光纤被动锁模激光器,输出脉冲的光谱宽度约为3 nm。窄线宽脉冲提取部分对脉冲光纤激光器种子输出脉冲的光谱进行提取、窄化,输出脉冲的光谱宽度约为0.1 nm。该激光器操作简单、设备简易,为全光纤结构;不仅可以输出窄线宽光脉冲序列,而且同时还可以输出脉冲光纤激光器种子的光脉冲序列,极大地拓展了脉冲光纤激光器的应用范围。     

半导体抽运铷蒸气输出2.8W线偏振铷激光

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)是一种具有广阔应用前景的激光器,近年来发展迅速。使用碱金属铷所需要的中心波长为780nm的半导体激光器线阵作抽运源,采用平面衍射光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.13nm,并使用斩波器将半导体激光变为脉冲输出形式。采用透镜组合对窄线宽半导体激光进行光束扭转整形,整形后光斑近似为方形。半导体激光经线宽压窄和光束整形后,被聚焦进铷蒸气泡,泡内充入79kPa甲烷作为缓冲气体。控制铷蒸气泡温度为145℃,注入谐振腔的抽运光峰值功率为最高13W时,获得了峰值功率2.8W的线偏振铷激光输出,光-光转换效率达21%。     

窄线宽的外腔半导体激光器

介绍了使用闪耀光栅作为光反馈元件,与原始线宽大于1200GHz的半导体激光器构成的Littrow型外腔半导体激光器,极大地改善了激光器的性能。实验得到了功率恒定、模式单一稳定、线宽优于1.2MHz的激光输出,压窄线宽比为106,并针对Littrow型外腔结构提出了简洁、紧凑的复合型外腔方式。     

基于电反馈方法的窄线宽半导体激光器

窄线宽半导体激光器广泛应用于雷达和传感等领域,因此窄线宽激光器的研究具有十分重要的意义。设计采用了电反馈的结构,从激光器发射出来的光经过一个专门设计的频率鉴别器,来稳定激光器的中心波长。光电探测器将频率鉴别器发射出来的光转化成电流,与激光器内部探测器的电信号比较,比较之后的差值反馈到激光器将激光器的线宽锁定在环路带宽范围内;从而将激光器线宽由原始的0.5nm降低到0.08nm。     

Spectral linewidth rebroadening with short wavelength detuning in external cavity lasers

The first experimental observation of spectral linewidth rebroadening when an external cavity semiconductor laser is detuned well away from the laser gain peak on the shorter wavelength side has been made. This confirms a recent theoretical prediction of the variation of the effective linewidth enhancement factor with shortwave detuning and has significant implications for the design of narrow linewidth optical sources.<>     

Optical spectral bistability in a semiconductor fiber ring laserthrough gain saturation in an SOA

We demonstrate the operation of optical bistability in a widely tunable semiconductor fiber ring laser, using a semiconductor optical amplifier (SOA). The laser can be operated in two bistable states: the spectrum of the first state has one main lasing peak with very narrow linewidth, and the second state has simultaneous oscillation of two main peaks at different wavelengths. The two bistable states can be switched to each other using either electrical or optical methods. We further explain the bistable operation using the theory of two-mode competition through gain saturation in the SOA     

半导体激光器稳频技术研究

具有窄线宽和较高频率稳定性的半导体激光器,在高分辨率激光光谱、原子频率标准、大气和环境监测、光通信等众多领域中具有极其重要的应用。因此半导体激光器的稳频研究具有十分重要的意义和应用价值。较为全面的总结了目前国内外广泛应用的各种半导体激光器稳频技术,简要介绍了各稳频技术的实验方案及基本原理;对各方案的特点、能够达到的频率稳定水平、优缺点等进行了全面的分析。对半导体激光器稳频发展趋势做了预测。     

Linewidth of a semiconductor laser operating near threshold

The linewidth of a single-mode semiconductor laser operating in the threshold region has been studied both theoretically and experimentally. Due to strong phase-amplitude coupling in a semiconductor laser, its linewidth versus current characteristics exhibit a local minimum below threshold and a local maximum just about threshold. This implies a limitation in the minimum optical bandwidth achievable in a resonant-type semiconductor laser optical amplifier. The theoretical prediction has been verified experimentally on a conventional DFB semiconductor laser     

半导体激光器稳频技术

窄线宽稳频激光器在精密干涉测量、光学频率标准、激光通信、激光陀螺、激光雷达、基本物理常数测量和冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。自由运转的半导体激光器每天的频率漂移量可以达到GHz,因此研究半导体激光器的稳频具有十分重要的意义。以780 nm的半导体激光器稳频为例,介绍了目前广泛使用的各种半导体激光稳频技术的基本原理及试验方案,如消多普勒饱和吸收光谱稳频技术、消多普勒双色谱稳频技术、调制转移谱稳频技术、调频光谱稳频技术和频率-电压转换稳频技术,并对各种稳频方法的性能和特点进行了分析。     

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。     

Compact optical millimetre-wave source using a dual-modesemiconductor laser

The authors demonstrate the optical generation of extremely narrow linewidth millimetre-wave signals between 40 and 60 GHz using a single-chip semiconductor laser. A dual-mode long-cavity multisection DFB semiconductor laser is driven at a subharmonic of the free-running-mode beat signal frequency to produce phase-locked millimetre waves with a 3 dB linewidth of less than 10 Hz and a 3 dB locking range of ~500 MHz     

基于半导体激光器窄线宽光子微波信号获取

为了研究光注入半导体激光器(SL)产生的光子微波信号的性能, 基于SL的速率方程和光纤布喇格光栅(FBG)滤波理论, 采用数值仿真的方法进行了理论分析, 得到了各种注入参量下的光谱、功率谱和线宽, 并讨论了反馈参量对微波线宽的影响, 考虑到光注入下产生的微波线宽较宽, 进一步引入FBG光反馈窄化了微波信号的线宽。结果表明, 当SL仅在光注入作用下时, 通过改变注入参量, 可实现微波频率连续可调谐和微波强度最大化; 微波线宽随着反馈强度的增加逐渐变窄, 通过适当调节反馈参量可将微波线宽压缩到10kHz以下。该研究结果可为半导体激光器在光生微波中的应用提供一定的理论参考。     

Stability analysis and the route to chaos for laser diodes withoptical feedback

The sequence of phenomena that lead from a narrow linewidth state to coherence collapse in semiconductor lasers for an increasing level of optical feedback has been identified. Undamping of the relaxation oscillations, which is shown to be accurately predicted by an analytical stability analysis, initializes the route to chaos, but the laser generally enters quasiperiodic and frequency-locked states before ending up in the chaotic state of coherence collapse. The analysis identifies the laser parameters which are relevant for reducing the feedback sensitivity