硅基喇曼激光器研究进展(本期优秀论文)

硅基激光器的研制对于新兴的硅基光子学的发展具有重要意义,介绍了硅基材料中喇曼散射的原理、特点,并总结了硅基喇曼激光器的发展历程和最新进展,展示了硅基喇曼激光器发展的良好前景.     

硅基喇曼放大器的研究进展

低成本的硅基光器件研究具有重要的意义,在硅中受激喇曼散射是实现光放大的有效方法.本文总结了硅波导中实现净增益和硅基喇曼放大器的发展过程和最新的研究进展,展现了硅基喇曼放大器以及硅基光子器件发展的光明前景.     

世界首台硅光子喇曼激光器

英特尔公司采用标准的硅生产工艺研制成功了世界上第1台硅光子喇曼激光器，运用该技术，将开发出低成本且高质量的激光器和光学设备。     

纯硅材料喇曼激光器及硅芯光纤的研究进展

硅材料在1.2～6.6μm波段有高透明和高喇曼增益的特性,易于在室温条件下激发出近中红外波段喇曼激光.详细阐述了硅激光的非线性转换效率的问题.介绍了采用纯硅材料作为增益介质的喇曼激光器的研究进展,并对研究现状进行了报道.预测硅芯光纤将作为新型大功率近中红外的喇曼激光器的增益介质.     

外腔式双波长喇曼激光器的耦合波理论

为了对基于喇曼晶体的主要喇曼频移模和次级喇曼频移模的外腔式双波长喇曼激光器进行理论分析，采用光场的波动方程和喇曼晶体中振动波的阻尼谐振子波方程推导出了描述基频光、喇曼光1和喇曼光2的耦合波方程组，通过引入归一化参量对耦合波方程组进行了归一化，并数值分析了输出镜反射率和归一化参量对外腔式双波长喇曼激光器性能的影响。结果表明，选择对主要频移模反射率小于0.5且对次级频移模反射率大于0.5的输出镜、两个喇曼振动模的增益系数相差不大的喇曼晶体，适当提高入射基频光的脉冲宽度可以提高次级喇曼频移模的转化效率，可实现有效双波长运转。所提出的归一化耦合波理论可以作为分析外腔式双波长喇曼激光器的辅助工具。     

高性能喇曼光纤放大器驱动控制电路的研制

随着光通信系统传输容量的飞速增长,对光纤的通道数、传输比特率、传输带宽和传输距离都提出了越来越高的要求,促使光放大器技术向宽带、低噪声的方向发展.喇曼光纤放大器以其优越的性能引起人们的普遍关注.喇曼光纤放大器需要多个大功率激光器作为泵浦光源,这些泵浦激光器需要稳定的大电流驱动和精确温度控制才能保证整个喇曼放大器良好的工作性能.本文给出了一种喇曼光纤放大器驱动控制的实现方案,通过实际测量比较可以看到,利用该驱动控制方案实现的喇曼光纤放大器具有良好的性能指标.     

1455nm光纤喇曼激光器研究

研制完成了以掺锗光纤作喇曼增益介质、光纤布喇格光栅作谐振腔镜的1455nm光纤喇曼激光器.在1100nm抽运光的作用下,实现了五阶喇曼频移,并在1455nm波长处获得597mW的稳定激光输出,光光转换效率约为6.35%.     

连续调谐波导型H_2受激振动喇曼散射的研究

设计和研制了一台石英毛细管波导型H_2喇曼池,用450nm染料激光研究了H_2的受激振动喇曼散射,测定了一阶Stokes波输出能量与H_2气压之间的依赖关系。最高能量转换效率为20％。用Oxazine-1染料激光作泵浦源获得三阶Stokes信号,得到的红外喇曼散射最长波长达6.57μm。     

高功率光纤激光器喇曼效应的数值分析

为了研究掺镱双包层高功率光纤激光器的结构参量对喇曼效应的影响,利用数值模拟方法求解有关抽运光、激光和斯托克斯波的稳态速率方程组,得到了激光和斯托克斯波在光纤轴向的分布特性,以及喇曼阈值抽运功率与光纤激光器结构参量的关系.结果表明,当光纤激光器采用大模面积、短腔长、小斯托克斯波辐射截面和长激光波长的结构参量时,能显著提高喇曼阈值抽运功率,降低喇曼效应.     

美国实现第一个硅激光器

美国加利福尼亚大学已演示了据称第一个利用喇曼效 应的硅(Si)激光器。这种发射波长为1675 nm、具有25 MHz重复频率的脉冲喇曼激光器采用硅波导作为增益介 质,关键器件是硅上隔离的凸台波导和环绕该芯片的环形 光纤。在9 W峰值泵浦脉冲功率下获得激光阈值,并获得 8．5％的斜效率。     

英特尔展示世界上首台硅光子喇曼激光器

英特尔于2005年2月28日在Marriott酒店召开IDF大会前的新闻发布会上，宣布研制成功世界上第一台“硅光子喇曼激光器”。     

6阶掺锗级联喇曼光纤激光器的数值模拟及分析

为了研究多阶级联喇曼光纤激光器的结构参量对输出特性的影响,利用数值模拟的方法对表征多阶级联喇曼光纤激光器的非线性耦合方程组进行了求解,在此基础上,对6阶掺锗级联喇曼光纤激光器进行模拟分析,得到了光纤长度、输出镜反射率、抽运功率等因素与6阶级联喇曼光纤激光器结构参量的关系。结果表明,在抽运功率不变时,光纤长度取300m左右,输出镜反射率取10%左右,阈值功率比较小,可以获得最大输出功率。     

LD抽运被动调Q Nd:YAG/GdV04内腔式喇曼激光器

为了研究LD抽运的被动调Q Nd:YAG/GdVO4内腔式喇曼激光器的输出特性,采用Nd:YAG作为激光介质,GdV04晶体作为喇曼介质,分别用两块不同初始透过率的Cr<'4+>:YAG晶体,得到并比较了采用不同初始透过率的Cr<'4+>:YAG晶体时被动调Q喇曼激光器的性能.测量了平均输出功率、脉冲宽度和脉冲重复率随抽运功率的变化关系.当Cr<'4+>:YAG的初始透过率为91%、输入功率是5.2W时,得到的喇曼光的最高功率为150.6mW,相应的转换效率为2.9%.结果表明,通过数值求解基频光和喇曼光空间分布的速率方程并应用到被动调Q内腔式喇曼激光器,获得的理论结果与实验结果大致相符.     

光泵亚毫米波激光的喇曼过程相互作用

在小型光泵ＮＨ３分子亚毫米波激光器中，喇曼过程的相互作用变成一个重要的效应，它直接影响了激光器的输出强度和频谱特性。用大功率ＣＯ２－９Ｒ（１６）谱线泵浦ＮＨ３分子时，两个喇曼过程ｓ→ａＰ（７，０）和ｓ→ａＰ（７，１）相互作用导致彼此增强；而当ＣＯ２－９Ｒ（３０）谱线泵浦时，出现多个喇曼过程相互竞争的现象。     

透镜对喇曼激光器的影响

报道了在同样气压等条件下，喇曼池的聚焦透镜对自调Ｑ及ＢＤＮ调Ｑ甲烷喇曼激光器的影响。并对两者进行了比较。     

光纤喇曼放大器原理的数值模拟分析

为分析光纤喇曼放大器的原理,基于已有的耦合微分方程,采用数值解法,对不同抽运光强下不同长度光纤所产生的受激喇曼散射现象进行数值模拟,并对模拟结果作了详尽分析。发现:发生受激喇曼散射现象时,抽运光强和光纤长度发生兑换;能量红移现象普遍存在,包括同阶Stokes光谱内部和不同阶的Stokes光谱之间。抽运光强越大,能量红移现象越明显。此结论比文献中的实验结果更全面,对相关实验有指导作用,为光纤喇曼放大器和光纤喇曼激光器等器件的原理理解和优化设计提供了有益的参考。     

一种级联喇曼光纤激光器数值模拟的新算法

为了优化设计光纤喇曼激光器的各项参量,采用喇曼激光器的基本理论模型模拟,提出了非线性最小二乘法和龙格-库塔法相结合的新算法,解决了模型中存在的两点边值问题,得到了级联喇曼光纤激光器的输出特性以及最佳光纤长度、激光阈值和斜率效率。结果表明,新算法非常有效,数值模拟的结果和相关实验相吻合。     

Numeric Simulation of Fiber Raman Amplifier＇s Principle

为分析光纤喇曼放大器的原理,基于已有的耦合微分方程,采用数值解法,对不同抽运光强下不同长度光纤所产生的受激喇曼散射现象进行数值模拟,并对模拟结果作了详尽分析。发现：发生受激喇曼散射现象时,抽运光强和光纤长度发生兑换;能量红移现象普遍存在,包括同阶Stokes光谱内部和不同阶的Stokes光谱之间。抽运光强越大,能量红移现象越明显。此结论比文献中的实验结果更全面,对相关实验有指导作用,为光纤喇曼放大器和光纤喇曼激光器等器件的原理理解和优化设计提供了有益的参考。     

硫化铅掺杂石英玻璃光纤喇曼增强特性研究

普通单模光纤的喇曼增益低,严重制约了喇曼放大器的发展。因此,研究高喇曼增益的光纤具有重要意义。研究了硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射增强特性。采用改进的化学气相沉积(MCVD)法分别制备出硫化铅掺杂石英玻璃光纤和普通单模光纤样品,并测得其传输损耗谱和喇曼光谱,实验结果表明:硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更强的喇曼散射强度。在不同的泵浦功率条件下,分别进行了喇曼放大实验,相比于普通单模光纤,硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更大的喇曼增益。     

用途广泛的硅激光器

按照常规,人们认为硅材料是不能成为制作激光器的材料,这是因为它是一种间接带隙半导体.然而,Intel公司最近采用标准的互补型金属氧化半导体(CMOS)技术成功制造出硅波导,并首次验证了基于受激喇曼散射的连续波硅光学放大器和激光器.此项研究成果不仅表明了硅材料可以用作光放大和产生激光的光子材料,而且标志着这一成果是向在单一硅基底上单片集成电子和光子线路发展的里程碑.