连续工作的体布拉格光栅外腔半导体激光器的温度特性

对体布拉格光栅(VBG)作为波长选择元件的外腔半导体激光器的波长锁定进行了实验研究,报道了连续运转输出功率达43.5 W的半导体激光器阵列的体布拉格光栅波长锁定实验结果,给出了不同热沉温度下的稳定的波长锁定结果,说明采用体布拉格光栅外腔将减小半导体激光器的温控压力。实验中发现,随着注入电流的增大,输出激光功率逐渐增强,锁定的激射波长向长波长方向偏移。在输出功率为34.5 W时,波长红移约0.56 nm。这一移动与实验测量的体布拉格光栅的温度特性相吻合。连续和高占空比运行、高输出功率情况下,在器件的设计和使用时应该考虑这一效应。     

大功率体光栅外腔半导体激光器的输出特性

宽条形大功率半导体激光器(LD)存在光谱温漂系数大、光谱宽度宽的缺点,为了改善宽条形大功率半导体激光器的光谱特性,采用一种体光栅(VBG)离轴外腔方法实现了宽条形大功率半导体激光器光谱特性的明显改善和高效率工作.宽条形半导体激光器的外腔结构主要包括激光器输出光束的快、慢轴准直光学透镜和离轴放置的体光栅.宽条形半导体激光器的激射条宽为100μm,当激光器工作电流为4.0 A时,外腔激光器的输出功率高达3.4 W,斜率效率为1.0 W/A,光谱宽度由自由出射条件下的2~3 nm减少为0.2 nm,峰值波长的温漂系数小于0.015 nm/℃.     

反射式体布拉格光栅设计及其在激光器中的应用研究

半导体激光器的发射波长随工作电流和温度的改变而变化,从而影响输出激光的有效线宽和波长稳定性,无法满足固体激光器中增益介质对泵浦源波长和线宽的要求。使用自主研发的衍射效率为9.9%的878 nm反射式全息体布拉格光栅(volume Bragg grating,VBG)作为半导体激光器的反射腔镜,可以将激光发射波长锁定在设计的878 nm附近,输出线宽仅为0.3 nm,波长电流漂移系数为0.015 nm/A,温度漂移系数为0.0075 nm/℃。利用波长锁定的半导体激光器作为泵浦源、自主研发的衍射效率为98.71%和94.32%的1 064 nm VBG作为前后腔镜以及掺杂浓度为0.3%的Nd∶ YVO₄晶体作为增益介质搭建全固态激光器,经过空间光路的调试,获得中心波长1 064.2 nm、线宽0.29 nm的连续稳定激光输出。     

980nm大功率基横模分布反馈激光器

980 nm波段的大功率半导体激光器作为抽运源有很重要的应用,但目前该类器件存在光束质量差和谱宽较宽的问题,影响其抽运效率和稳定性。为提高大功率半导体激光器的抽运效率,就要减小其光谱宽度,提升光束质量。而大功率基横模分布反馈激光器(DFB)通过在器件内部引入分布反馈光栅可以实现窄线宽激光的波长稳定输出,并通过优化脊型波导条件来实现基横模模式输出,提升光束质量。测试该器件的光电特性,1000μm腔长器件的阈值电流约为6 m A,斜率效率为0.71 W/A,最大稳定输出功率为130 m W。该激光器的波长随温度漂移系数为0.064 nm/K;对其远场发散角进行测量,得到快轴发散角为34°,慢轴发散角为6.3°。     

975nm分布反馈激光器一级光栅的制备

优化设计了975 nm分布反馈激光器的一级布拉格光栅结构.将纳米压印技术与干法刻蚀工艺相结合制备周期为148 nm的光栅结构,通过优化调整刻蚀气体流量比、腔室压强和偏压功率等参数,得到了合适的光栅刻蚀工艺参数.扫描电子显微镜测试显示,光栅周期为148 nm,占空比接近50％,深度合适,表面形貌、连续性和均匀性良好.将所制备光栅应用于975 nm分布反馈激光器中,激光器输出性能良好,波长随温度漂移系数小,光栅对波长的锁定效果良好.     

具有一级光栅的980nm大功率宽条分布反馈激光器

为了达到较高的泵浦效率及波长稳定性,制备了980nm宽条形分布反馈半导体激光器。利用纳米压印技术制备了周期为148nm的一级内置光栅。器件发光条宽为90μm,腔长为2mm。在连续工作条件下,器件的最大输出功率达到1.2W以上,斜率效率为0.7W/A,中心波长随电流和温度的漂移系数分别降至0.19nm/A和0.064nm/K,波长锁定的温度范围达到50℃。     

体全息光栅外腔半导体激光器列阵的光谱特性

从理论上分析了强反馈外腔半导体激光器的工作原理,并采用了体全息光栅(VHG)外腔反射镜来改善大功率半导体激光器列阵(LDA)的光谱特性,这种体光栅具有很好的波长选择性,使得半导体激光器列阵的光谱线宽从2nm减小到0.22nm,增加了光谱亮度,而且随电流和温度变化的波长稳定性得到极大改善.     

宽温度锁定808 nm激光器阵列

为了提高808 nm激光器对固体激光器的泵浦效率，对其波长稳定性进行了研究。阐述了光栅设计的理论基础。将纳米压印、干法刻蚀及湿法腐蚀工艺相结合，制备了含有一阶光栅的808 nm分布反馈（DFB）激光器阵列。在准连续条件（脉宽为200μs，频率为20 Hz）下对所制备的激光器进行性能测试。测试结果表明：所制备的808 nm DFB激光器阵列的发射波长随温度的漂移系数为0.06 nm/℃，温度锁定范围可达70℃（-10～60℃），随电流的漂移系数为0.006 nm/A。     

高功率半导体激光器线阵列的波长锁定技术

高功率半导体激光器光谱随温度和工作电流的变化比较大,光谱线宽比较宽,这些缺点直接限制了其实际应用.因此,高功率半导体激光器波长稳定技术的研究是激光领域的一个重要研究方向.对波长稳定技术进行研究.实验用体布拉格光栅(VBG)作为反馈元件与高功率半导体激光器线阵列,构成可以对其波长进行锁定的外腔激光器.分析了外腔激光器的波长锁定效果与高功率半导体激光器工作电流、冷却温度、工作电流的占空比和"smile"现象等因素的关系.研究结果表明,高功率半导体激光器的工作电流、冷却温度、工作电流的占空比会影响其激射波长,当激射波长与VBG的布拉格波长差值小于3.0 nm时,可以得到较好的波长锁定效果,而阵列本身的"smile"现象对其波长锁定的影响不大.     

体布拉格光栅外腔半导体激光器前端面反射率对输出光谱特性的影响

采用反射式体布拉格光栅(VBG)实现半导体激光锁频是激光技术应用中的关键技术之一，进一步压窄半导体激光的输出光谱线宽、提高外腔效率是研究重点。采用微通道水冷半导体激光模块，利用衍射效率为18%的VBG构建激光外腔，分析了前端面反射率分别为0.02%、0.20%、0.40%时的输出光谱与外腔效率。研究结果表明，半导体激光前端面反射率的降低能够进一步优化半导体激光器的输出光谱，提高外腔效率，压窄输出光谱线宽，实现大驱动电流范围的激光锁频。对于前端面反射率为0.02%的半导体激光器，激光输出中心波长锁定在779.8 nm处，光谱线宽压缩至0.08 nm，温漂系数为6.25 pm·℃^-1，电流漂移系数为0.9 pm·A^-1，外腔效率达到106%，连续输出功率达到127 W。     

External-cavity semiconductor laser with focusing grating mirror

A novel external-cavity semiconductor laser with a focusing grating mirror (FGM), which enables a single-mode oscillation at a specified wavelength, is proposed. The optical properties of the FGM, which is a computer-generated holographic grating with chirp and bend structure, are numerically analyzed. An optimally designed FGM for realizing laser oscillation at a specific wavelength of 1.30 μm is fabricated by using a computer-controlled electron-beam writing system. The fabricated FGM with grating area of 1×1 mm² is combined as an external feedback mirror with an InGaAsP-InP semiconductor laser of 1.3 μm wavelength range, and the lasing characteristics are experimentally measured. Stable and single-mode oscillations with spectral line width less than 10 MHz are observed     

双波长可调外腔半导体激光器

提出了一种基于体布拉格光栅（VBG）和横向啁啾体布拉格光栅（TCVBG）组合的双光栅外腔半导体激光器,该外腔半导体激光器采用反射率15%的体光栅和反射率17%的啁啾体布拉格光栅作为反馈元件和模式选择元件,实现特定波长的选择和调谐,实验研究了外腔激光器的功率-电流特性、光谱特性和波长调谐特性。实验结果表明:双光栅外腔半导体激光器最大输出功率为1.96 W,斜率效率为0.94 W/A,外腔效率达到78%。输出光谱为双波长,一个波长为808.6 nm,另一个波长连续可调,通过改变横向啁啾体光栅的位置,该波长可从800 nm调谐至815 nm,可调范围达15 nm,在整个可调范围内两个波长的谱线宽度（FWHM）均小于0.3 nm。     

基于FBG-ECL的波长转换器消光比特性的研究

作为自动交换光网络中的核心器件,全光波长转换器将在全光通信系统中发挥重要作用.根据光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)实现波长转换的理论模型,重点研究了该波长转换器消光比特性,分析了工作电流、输入信号光功率、波长间隔对消光比的影响,并利用自行搭建的基于FBG-ECL实现波长转换的实验平台进行了实验分析,发现理论分析结果和实验数据是吻合的.这对于优化基于半导体激光器的全光波长转换器有重要参考价值.     

外腔激光器实现波长转换的高频调制特性分析

作为自动交换全光网络中的核心器件,全光波长转换器的研究是目前的热点问题。本文基于半导体激光器实现波长转换的理论模型,采用小信号分析方法,利用速率方程求解了基于光纤光栅外腔半导体激光器实现波长转换的频率调制响应特性,并重点分析了光子寿命对高频特性的影响。这对于优化光纤光栅外腔结构实现高速全光波长转换器有一定的参考价值。最后数值求解了不同输入信号速率下的转换波形,仿真结果和对波长转换器的频率响应特性分析结果是一致的。     

Design of nondispersion optical feedback system using diffraction grating for semiconductor laser multiple longitudinal modes control

The external optical feedback system with a diffraction grating and mirrors is designed as a light source system in wavelength division multiplexing transmission. This system can select not only oscillation center wavelength but also spectral range in semiconductor lasers by using an identical grating twice. Experimental results demonstrate selected oscillations of single and double longitudinal modes in a multimode semiconductor laser.     

Semiconductor laser with external resonant grating mirror

A resonant grating composed of an ion exchanged slab waveguide on a glass substrate with a corrugation grating at its surface is shown to perform as a wavelength selective external mirror of a semiconductor laser. Preliminary wavelength tuning is demonstrated.     

用光纤光栅作外反馈的可调谐外腔半导体激光器

制作了一种以光纤光栅作为外反馈的半导体激光器。光纤光栅用紫外曝光法制作 ,反射率为 5 0 %。器件在5 0mA注入电流时 ,出纤功率高于 1mW ,主边模抑制比为 42dB。使用对光纤光栅施加应变和改变光栅温度的方法实现了输出激光波长的调谐 ,利用施加应变方法得到了 2nm范围的输出波长变化。     

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。