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。     

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。     

一种波长稳定可调的窄线宽外腔二极管激光器

采用横向啁啾体布拉格光栅作为二极管激光器的外腔,实现一种简单易行的窄谱线宽、波长稳定且连续可调谐的外腔二极管激光器。实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的波长稳定性及谱宽压窄特性,分析了横向啁啾体布拉格光栅的波长调谐特性及其功率特性,研究表明,在横向啁啾体布拉格光栅外腔反馈的作用下,二极管激光器输出光谱的中心波长得到了锁定,同时输出谱线宽度显著变窄,通过横向移动啁啾体布拉格光栅的相对位置,可以实现外腔二极管激光器输出光谱的连续调谐,连续可调范围为800~815nm,在整个可调范围内谱的半峰全宽(FWHM)小于0.3nm,最大输出功率为2.01 W,输出功率偏移度小于1.5%。     

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。     

体布拉格光栅外腔半导体激光器温度特性研究北大核心CSCD

使用COMSOL软件对体布拉格光栅(volume Bragg grating, VBG)外腔半导体激光器进行稳态热分析模拟仿真,研究VBG对半导体激光器的温度特性的影响。利用15%、20%两种VBG对888 nm半导体激光器进行外腔锁模,测试并分析外腔锁模条件下半导体激光器的输出特性和温度特性。结果表明,VBG外腔结构能够改善半导体激光器的光谱特性,提高半导体激光器的工作温度。在25℃条件下,当采用15%衍射效率的体光栅进行外腔锁模时,最大输出光功率为10.7 W,输出波长稳定在888 nm,光谱线宽为0.3 nm。     

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.     

光纤光栅外腔反馈的高功率半导体激光器光谱特性的研究

对光纤光栅外腔反馈的高功率半导体激光器的光谱线宽特性进行了理论与实验研究。理论分析表明，根据不同的外腔参数，激光器的线宽能被压缩或展宽。外腔反射率对光谱线宽的影响要比外腔腔长灵敏得多。实验实现了激光器的线宽由６ｎｍ到０．８ｎｍ的压缩。光纤光栅外腔反馈不仅能改善高功率半导体激光器的光谱特性，而且可提高激光器主模对次模的抑制比。     

半导体激光器叠阵无输出耦合镜光栅外腔光谱合束

宽面发射半导体激光器的光谱合束技术对发展高功率直接半导体激光光源具有重要意义。光栅外腔光谱合束基于光栅的波长选择特性和外腔半导体激光技术,实现单个合束单元的光谱锁定和所有合束单元的合束输出,输出光束质量与单个合束单元相当,亮度和功率得到很大提高。基于两个半导体激光器短阵列叠阵,进行了无输出耦合镜光栅外腔光谱合束实验研究,实现了12个半导体激光器短阵列的光谱合束。分析了光谱合束的输出光谱、输出功率和光束质量,在70 A的抽运电流下,连续输出功率为578 W,光谱带宽为10.26 nm,电光转换效率46.5%。     

横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器光谱特性研究

采用光束传输法分析了横向啁啾体布拉格光栅的衍射特性,实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的功率特性、光谱特性和波长调谐特性,数值计算和实验结果表明:横向啁啾体布拉格光栅的峰值衍射效率随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而降低,光谱选择宽度随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而增大;当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的快轴方向一致时,外腔二极管激光器的外腔效率为85%,在808.05 nm处的输出激光光谱宽度为0.27 nm;当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的慢轴方向一致时,外腔二极管激光器的外腔效率为89%,在808.05 nm处的输出激光光谱宽度为0.3 nm,两种外腔激光器都较好地实现了约15 nm波长调谐范围,且在整个调谐范围内输出功率波动范围分别小于1%(快轴方向一致)与1.5%(慢轴方向一致)。     

体光栅外腔半导体激光器列阵的光谱及调谐

对采用体布拉格光栅作为波长选择器件的外腔半导体激光列阵进行了实验研究。实验表明,在体光栅外腔作用下,高功率半导体激光器输出的线宽得到压窄、波长得到固定。与此同时,从布拉格衍射相关理论出发,分析了体光栅法线方向改变对激光器系统输出中心波长的影响。实验表明改变体光栅法线方向的角度,可以在一定范围内调整列阵的输出波长。     

光纤激光器的相干输出

研究了两路光纤激光的相位锁定和相干输出, 用融锥光纤耦合器实现了两路高掺铒光纤激光之间的相互耦合。提出了在激光器高反射率前腔镜的前面加融锥光纤耦合器的方法构成简单的共振腔, 从而实现两路光纤激光的相干叠加。开展了基于融锥光纤耦合器互注入锁相的两路光纤激光器的相干合成实验, 成功实现了两路光纤激光器的注入锁定, 观察到了波长锁定（中心波长稳定在1549.8 nm, 线宽为0.08 nm）、远场干涉条纹和线宽压缩现象。分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率, 当反射率为70%, 抽运功率均为145 mW时, 获得最大合成功率为127 mW。     

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/℃.     

半导体激光密集谱合束中VBG的热效应

研究并分析了半导体激光密集谱合束技术中体布拉格光栅(VBG)的热效应问题。为了提高半导体激光器的输出功率及其电光转换效率,利用COMSOL软件模拟了半导体激光器中VBG在自由传导散热和水循环冷却两种条件下的温度分布,通过对比这两种条件下VBG温度对其中心波长漂移量及输出功率的影响,分析了VBG热效应变化。模拟与实验结果表明,水循环冷却可以有效将VBG的温度从390.44 K降低到299.09 K,减小了VBG的波长漂移量,有效抑制了VBG的热效应问题。因此合理控制VBG的温度,可提高半导体激光器的输出功率和电光转换效率。     

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。     

环形腔高掺Er3 窄线宽光纤激光器实验研究

报道了采用光纤光栅（FBG）短直腔选频结构的环形腔窄线宽光纤激光器。采用约3m长高掺Er^3光纤，LD抽运阈值功率约为11mW，在25mW976nm有效抽运功率时输出信号功率为2．65mW，斜效率约为15％；输出激光3dB线宽小于0．01nm，20dB线宽小于0．04nm，边模抑制比（SMSR）为48dB；观察到输出信号光波长漂移范围为0．06nm。     

无输出镜外腔光谱合束结构对反馈效率的影响

半导体激光阵列无输出耦合镜外腔光谱合束技术利用光栅的0级和1级衍射光束反馈实现发光单元的波长锁定,避免了0级和1级衍射光束的转储和浪费,可以获得高的合束效率。因此,0级和1级衍射光束的反馈量高低就会决定外腔波长锁定的稳定性,进而影响合束后光束质量的高低甚至光谱合束的成败。针对此种结构,理论研究了两外腔长度、望远镜滤波结构及"Smile"效应对0级和1级衍射光束反馈效率的影响,结果表明：(1)外腔长度会影响反馈功率以及串扰程度;(2)望远镜滤波结构可以有效滤除大偏角杂散光束以及使光束正确反馈回原发光单元;(3)"Smile"效应的程度对反馈效率以及输出光束质量影响尤为严重,需要采取措施进行抑制。     

全光纤型Er/Yb共掺光纤短腔激光器

报道了一种高输出功率、高斜率效率的短腔ErYb共掺杂光纤激光器。激光谐振腔由一段ErYb共掺杂单模光纤与一对布拉格反射波长相同的光纤布拉格光栅(FBG)组成。反射率为60%的光纤光栅用作光纤激光器谐振腔的输出,3dB带宽为016nm。反射率为99%的光纤光栅作为高宽带反射腔镜,同时作为抽运光输入端,3dB带宽102nm。以980nm激光二极管(LD)作抽运源进行实验。使用不同的抽运功率分别测量不同长度的ErYb共掺杂光纤,优化光纤激光器谐振腔得到的最佳长度仅为13cm。即选用13cmErYb共掺杂光纤作为增益介质来制作短腔ErYb光纤光栅激光器,最大输出功率可达11mW,输出功率稳定性<±001dB,抽运阈值功率为35mW,斜率效率为153%,测量其15522nm激光的输出光谱,25dB线宽为03nm,边模抑制比>60dB,波长稳定性为005nm。可用于密集波分复用(DWDM)系统。