外腔可调谐半导体激光器动态特性的解析研究

利用微扰法对速率方程进行线性处理,得到了外腔半导体激光器调谐过程中某些重要参量的解析表达式,这些表达式有助于我们了解外腔可调谐半导体激光器的动态过程。     

半导体环形腔激光器输出特性理论与实验

首先导出了光纤环形腔半导体激光器中光子数密度的解析表达式后,分别从理论和实验上研究了阈值电流、输出功率和光纤耦合比之间的依赖关系。结果表明,阈值电流与光纤耦合比的对数满足线性关系;同时,在特定的偏置电流下,存在一个最佳的光纤耦合比使输出功率为最大。这将对于环形腔半导体激光器的理论研究和优化器件结构有所裨益。     

广义两段式半导体激光器的特性研究

利用由射线法导出的两段式半导体激光器(2SLD)的端面输出谱的表达式,研究了两电极半导体激光器(2ELD)和外腔式半导体激光器(ECLD).结果表明;2ELD的振荡波长并非始终都与腔的共振波长相同;在ECLD上实现准连续调谐的关键是使激光器能被调谐在二极管的反共振波长处振荡,因此,我们求得了ECLD实现反共振激射的阈值载流子数密度以及对界面反射率的要求的表达式。     

光纤光栅外腔半导体激光器输出特性耦合效率的研究

本文采用射线追踪法,导出了光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)的连续输出谱P(λ)及输出功率的隐函表达式.在此基础上,结合载流子速率方程,对外腔半导体激光器的P(λ)及P-I特性进行了研究.结果表明:光纤光栅外腔的输出谱在反射带宽内呈现出多峰结构,峰值与耦合效率有关;随着祸合效率的增大,输出功率整体上呈现上升的趋势,并在上升过程中出现的抖动越来越小.     

选频滤波器负载外腔半导体激光器调谐特性的研究

本文分析选频滤波器负载外腔半导体激光器的调谐特性。从等效模型的受激条件出发,导出确定最大调谐范围的简单表达式,提出了计算在各种反馈强度下调谐曲线的方法,并解释近年来报道的有关实验结果。     

光纤光栅外腔半导体激光器输出谱的射线法研究

本文采用射线法,计及增益随波长的变化,首次导出了光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)输出谱的表达式.利用该表达式,结合载流子速率方程,对FGESL输出谱的精细结构进行研究.研究结果表明:光纤光栅外腔将引起位于反射带宽附近波长处能量分布发生变化,在反射带宽内出现多峰结构,峰的数目与外腔长度有关;随着电流的增大,FGESL的输出功率和边模抑制比总体呈现上升的趋势,上升过程中存在波动,波动的幅度和频率随着前端面反射的减小而减小.     

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。     

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。     

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。     

具有强耦合外腔的半导体激光器稳定性极限条件

从理论上分析了强耦合外腔半导体激光器的稳定性。在外腔半导体激光器速率方程分析中引人了强反偏因子近似，通过增益速率－频率平面中的特性分析得到如下结论：对于给定参数的外腔半导体激光器，存在有一个技术不能超越的稳定性的理论极限条件。强反馈和短外腔长度有利于提高外腔半导体激器的稳定性．     

可调谐外腔半导体激光器研究进展

可调谐外腔半导体激光器具有线宽窄、调谐范围宽、单模输出、输出功率高等优良特性,在白光干涉测量技术、波分复用系统、相干光通信、光纤传感等领域有着广泛的应用。文章首先介绍了可调谐外腔半导体激光器的基本原理以及各种典型外腔结构的调谐机理,然后根据外腔结构阐述了各种可调谐外腔半导体激光器的最新研究进展,分析了不同外腔结构的优缺点,最后对可调谐外腔半导体激光器的不足进行了总结,展望了其未来发展趋势。     

垂直腔半导体光放大器频率响应特性研究

从速率方程出发,利用小信号分析方法对垂直腔半导体光放大器(VCSOA)的频率响应特性进行了研究.在考虑了量子阱材料中的增益和载流子浓度之间的对数关系后,得到了VCSOA的峰值响应频率以及3 dB频率响应带宽的解析表达式.结果表明,VCSOA的频率响应特性受抽运光强度、输入光功率以及自发辐射因子的影响.     

基于半导体外腔激光器的光反馈研究﹡

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础,对 Littrow 型的外腔半导体激光器的结构进行了说明。根据等效反射系数的概念,推导出外腔反馈作用下阈值增益的公式和线宽压窄公式,并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄机制。同时,对影响 Littrow 型光栅外腔半导体激光器阈值增益和线宽压窄的各种因素进行了分析,发现外腔的反馈相当于增加了端面的反射率,阈值增益变小,在相同的输出功率下,增大受激辐射,抑制自发辐射,从而使线宽减小。     

量子阱垂直腔面发射激光器及其微腔物理

根据发展历史的顺序,对量子阱垂直腔面发射激光器微腔物理进行了概述,其中包括垂直腔面发射激光器、腔量子电动力学和半导体微腔物理。给出半导体垂直腔面发射激光器及其微腔物理思想来源的详细图像。     

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。     

基于全介质薄膜法布里珀罗滤光片的1550 nm可调谐外腔半导体激光器

提出并实现了一台基于单腔全介质薄膜法布里珀罗滤光片的1550 nm可调谐外腔半导体激光器。介绍了其内部的光学元件及其工作原理,随后对该半导体激光器的纵模输出特性进行了理论分析,搭建了该可调谐外腔半导体激光器。在不同的实验条件下,对该可调谐外腔半导体激光器在调谐过程中的输出波长、线宽及功率进行了实时同步测量。由所测数据总结出最佳实验条件,并得到了此条件下可调谐外腔半导体激光器的各相关参数。该可调谐外腔半导体激光器有一个线性的无跳模波长调谐区域(1547.203~1552.426)nm,一个稳定的输出光功率范围(40~50)μW,以及一个稳定的输出单纵模分布、线宽范围(100~150)MHz。该可调谐外腔半导体激光器可用于环境监测、原子与分子激光频谱研究、精确测量等领域。     

准直透镜失调对Littman-Metcalf光栅外腔激光器线宽的影响

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础,对Littman-Metcalf型外腔半导体激光器的工作原理进行了说明,并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄以及模式选择机制,采用严格的耦合理论和光线变换矩阵推导了系统结构参数对光场耦合效率影响的计算公式。同时,对影响Littman-Metcalf外腔激光器输出激光线宽的几个重要因素进行了分析,重点讨论了系统中准直透镜位置失调导致的线宽变化规律。计算结果表明:合理地控制Littman-Metcalf光栅外腔半导体激光器的外腔参数可以将中心波长为785 nm半导体激光器的本征线宽压窄四个数量级,该外腔系统中准直透镜位置失调会影响系统出射光场与经外腔反馈光场之间的耦合效率,进而影响光栅外腔半导体激光器的输出线宽。     

空气间隙长度对光纤光栅外腔LD激射波长的影响

为了提高光纤光栅外腔半导体激光器的激射波长准确性,根据光纤光栅外腔半导体激光器的相位条件确定光纤光栅外腔半导体激光器的激光纵模分布后,采用数值模拟的方法研究了光纤光栅外腔半导体激光器的激射波长随光纤端头到有源区之间空气间隙长度的变化。结果表明,光纤光栅外腔半导体激光器的激射波长随着空气间隙长度的变化围绕着光纤光栅的布喇格波长波动,波动的最大幅度随外腔长度的增加而减小。因而当外腔长度一定时,可以通过微小的调节空气间隙的长度使激射波长精确定位于光纤光栅的布喇格波长处。     

外部光反馈对强耦合外腔半导体激光器特性影响的理论分析

本文从理论上分析了外部光反馈对强耦合外腔半导体激光器特性的影响，对相干外部光反馈和非相干外部光反馈两种情形的分析结果均表明强耦合外腔半导体激光器可将半导体激光器所能容忍的临界光反馈强度提高大约２０ｄＢ以上，同时得出了长外腔和强耦合有利于提高外腔半导体激光器抗反馈能力的结论。     

微腔半导体激光器的站模型

本文提出微腔半导体激光器的站模型,并分析讨论了自发发射因子β＝１的微腔半导体激光器的一些稳态和瞬态特性。