大功率808 nm分布反馈激光器阵列研制

为了提高808 nm大功率半导体激光器阵列的波长稳定性,提出了带有二阶布拉格光栅的大功率宽条型808 nm分布反馈激光器阵列。相比于传统的一阶布拉格光栅,其可以显著抑制简并纵模的产生,提高器件的波长锁定范围。借助于金属有机化学气相沉积、全息光刻、干法刻蚀以及湿法腐蚀等工艺,完成了器件的制备,并且在准连续条件（200 A、200μs、20 Hz）下,对所制备的激光器阵列进行了不同温度下的性能测试。测试结果表明：器件峰值输出功率可达到190 W,光电转换效率超过55%,光谱半高宽为0.6 nm,温漂系数为0.06 nm/K,波长锁定范围达到125℃（-35～90℃）。另外,对其进行了老化考评,结果显示,老化2 000 h后峰值功率衰减小于4%。     

大功率宽条分布反馈激光器研究

大功率半导体激光器一般用作抽运源,但其抽运的离子吸收峰带宽一般都比较小。为提高大功率半导体激光器对固体或光纤激光器等的抽运效率,就要降低半导体激光器的输出波长随注入电流和热沉温度的漂移系数。分析了光栅深度和光栅填充因子对激光器输出波长锁定效果的影响,实验验证确定出合适的光栅参数,依据优化条件得出合适的激光器腔长,制备出锁定效果良好的宽条分布反馈激光器。该激光器的单管腔长2.4mm,发光条宽100μm,连续最大输出功率400mW,热沉温度为15℃时的输出波长为954nm,输出波长随注入电流的漂移系数为0.67nm/A,输出波长的温漂系数为0.046nm/K。     

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.     

利用多吸收峰降低全固态激光器温控功耗

半导体激光器（LD）的工作波长是随温度变化的,对LD进行温控是扩展全固态激光器（DPSSL）正常工作温度范围的常用方法,但常用的控温方法在-50~70℃的宽温区范围存在体积大、能耗高、效率低等问题。通过实验测试得到GaAs量子阱激光器的波长温度漂移系数为0.25 nm/℃,分析了Nd:YAG晶体吸收谱的多峰特性。提出采用高温时工作波长为808 nm的GaAs量子阱激光器作为泵浦源,利用Nd:YAG晶体的795.7 nm和808 nm的两个吸收峰,通过分段加热控温降低温控功耗的方案。实验结果显示:全固态激光器在两个吸收峰处得到的输出脉冲特性基本相同,在温度较低时,分段控温的加热功率减小了4.7 W,接近不分段最大加热功率的一半。     

全息光刻制备808nm分布反馈半导体激光器的光栅

实验优化设计了808 nm分布反馈(DFB)半导体激光器的二级布拉格光栅结构,介绍了808 nm DFB半导体激光器光栅制备的工艺过程。采用全息光刻方法和湿法腐蚀技术在Ga As衬底片上制备了周期为240 nm的光栅图形,全息光刻系统采用条纹锁定技术降低条纹抖动和提高干涉稳定性,腐蚀液中H3PO4、H2O2和H2O的体积比为1:1:10,腐蚀时间为30 s。光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)测试显示,光栅周期为240 nm,占空比为0.25,深度为80 nm,具有完美的表面形貌及良好的连续性和均匀性。     

InGaAsP单量子阱激光器热特性研究

从InGaAsP单量子阱激光器热效应分析入手,采用自行设计的热封闭系统对808nm InGaAsP单量子阱激光器温度特性进行了研究.实验表明,在23℃～70℃的温度范围内,器件的功率由1.12W降到0.37 W,斜率效率由1.06 W/A降到0.47 W/A.实验测得其特征温度T0为321 K.激射波长随温度的漂移为0.45 nm/℃.其芯片的热阻为2.44℃/W.     

取样光纤光栅温度特性及其温度补偿封装

用长周期振幅掩模板(周期为500μm)和相位掩模板(周期为1.0739μm),采用曝光法制作出了1.5cm长的取样光纤光栅。测试了光纤光栅的温度特性,发现光纤光栅的反射波长随温度的升高向长波方向漂移,三个主峰波长随温度的变化规律是相同的,波长与温度有良好的线性关系,温度变化并不会引起通道间隔的变化,温度漂移系数约为0.01nm/℃。采用与Bragg光纤光栅相同的负温度系数的衬底材料来补偿中心波长随温度的漂移,封装后的取样光纤光栅的温度系数达到0.004nm/℃。     

808nm DFB半导体激光器的光栅制备

实验优化设计了808nm DFB半导体激光器的二级布拉格光栅结构,介绍了808 nm分布反馈（DFB）半导体激光器光栅制备的工艺过程。采用全息光刻方法和湿法腐蚀技术在GaAs衬底片上制备了周期为240nm的光栅图形,全息光刻系统采用条纹锁定技术降低条纹抖动和提高干涉稳定性,腐蚀液采用H3PO4 : H2O2 : H2O (1 : 1 : 10),腐蚀时间为30s。光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）测试显示,光栅周期为240nm,占空比为0.25,深度为80nm,具有完美的表面形貌,及良好的连续性和均匀性。     

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。     

基于取样光栅的DFB半导体激光器阵列研究

研究基于取样光栅的DFB激光器阵列,讨论取样光栅对波长控制的原理以及取样光栅的实现方法,并给出实验结果,实验结果表明,取样光栅可等效地实现高波长精度的DFB激光器阵列。     

808 nm半导体分布反馈激光器的光栅设计与制作

半导体分布反馈（ DFB）激光器的核心工艺之一是分布反馈光栅的制作，设计了808 nm DFB激光器的一级光栅结构。利用纳米压印技术与干法刻蚀附加湿法腐蚀制作了周期为120 nm的梯形布拉格光栅结构，使用MATLAB和Pics3D软件模拟了一次外延结构的光场分布和能带图。通过优化湿法腐蚀所用腐蚀液各组分比例、腐蚀温度、腐蚀时间等条件，得到了理想的湿法腐蚀工艺参数。扫描电子显微镜表征显示，光栅周期为120 nm，光栅深度约为85 nm，占空比约为47%，光栅边缘线条平直，表面平滑，周期均匀。创新型的引入湿法腐蚀工艺和腐蚀牺牲层使光栅表面的洁净度得到保证，提高了二次外延质量的同时，也为进一步制作DFB激光器高性能芯片奠定了良好的基础。     

基于REC技术的激光器阵列光源模块设计

近年来,单片集成的多波长激光器阵列作为波分复用（WDM）系统的理想光源而成为研究热点。通过重构-等效啁啾（REC）技术实现了一种低成本的分布反馈式（DFB）激光器阵列光源模块,采用掺铒光纤放大器（EDFA）对该激光器阵列的输出进行了光学放大,并通过PID控制程序对光源输出进行稳定化调节。光源模块中各通道激光器的中心波长间隔均匀,平均间隔为1.64 nm,波长间隔的误差小于0.2 nm。光源所输出的总光功率大于50 mW,输出光功率变化小于0.02 dBm。     

取样光栅分布反馈激光器阵列器件研究

采用了一种基于取样光栅原理制作多通道增益-折射率耦合型光栅的方法,成功制作了8波长分布反馈(DFB)激光器阵列,阵列中各激光器的阈值电流为30～40 mA,注入电流为100 mA时的平均输出光功率为10mW,阵列器件实现了波长的可选择性激射,相邻激光器间的频率间距为200 GHz,验证了用取样光栅方法制作DFB激光器阵列的可行性。     

MG-Y激光器波长温度特性研究

为了探究调制光栅Y分支(MG-Y)激光器在光纤传感应用中的温度适应性,设计并搭建了波长稳定性为0.6 pm的测试系统,分别对MG-Y激光器内外不同温度下的波长特性进行分析,采用25℃温度下20 pm间隔的查找表进行实验.结果表明当内部温度为25 ℃、外界温度在—20～50℃范围内以10℃步进时,92.30％的波长漂移量在±7 pm内,内外温差±5℃范围内波长最大漂移量为3pm;当外界温度为25℃、内部温度在25～30℃范围内以1℃步进时,波长调谐段切换处会出现跳模现象,调谐段内近似线性调谐,调谐系数区间为85～115 pm/℃,证明MG-Y激光器的最佳温度应控制在内外温差±5℃范围内,为解决温度变化造成的波长漂移问题提供了参考.     

用于量子密钥分发的半导体激光器温控系统

由于量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)系统对光源的稳定性要求极高,尤其是激光器发出光的波长和光强的稳定性,直接影响了系统的成码率。由此,针对分布反馈式(distributed feedback,DFB)激光器的温度特性,设计一种有效的温度控制系统。系统以 FPGA 为控制核心,采用增量式PID算法,对DFB激光器的工作温度进行实时监控。采用热电制冷控制芯片MAX8520作为半导体制冷器(thermoelectric cooler,TEC)的驱动芯片。利用集成于DFB激光器内部的负温度系数(negative temperature coefficient,NTC)热敏电阻构成温度采集模块,组成闭环负反馈结构。通过实验测试,温度控制精度可达±0.03 ℃,波长漂移可控制在0.01 nm以内。该温控系统具有电路体积小、效率高和可靠性高等特点,可为激光器提供稳定的温度控制,以保证QKD系统的光源波长的稳定性。     

基于PID算法的激光器恒温控制系统的设计

为了提高分布式反馈(DFB)激光器发光波长的控制精度,利用半导体热电制冷器设计了一款用于气体检测的DFB激光器精密温度控制系统.该系统主要包括数字信号处理电路、前向TEC驱动电路和后向温度采集电路构成.采用闭环比例-积分-微分(PID)控制算法,提高系统的控制精度、缩短系统的响应时间.通过使用温度控制系统向中心波长为1600nm的NLK1L5GAAA型可调谐DFB激光器进行了温度控制测试实验.实验数据证实,本装置的温度控制精度为±0.05℃,温度控制范围为5℃至60℃,超调量小于16％,温度恒定时间小于50s.检测水汽连续工作24小时激光器中心波长未发生明显漂移,表明该系统具有良好的稳定性,为DFB激光器在红外气体检测领域的应用提供了性能保障.     

用于Rb蒸气激光泵浦的可调谐窄线宽半导体激光器

由于Rb蒸气的吸收峰随缓冲气体气压存在漂移,利用体布拉格光栅(VBG)实现线宽压窄的同时,实现泵浦半导体激光器中心波长的可调谐也是十分必要的。本文采用国内封装的半导体激光阵列(LDA),利用VBG的温度特性,实现了线宽不大于0.3nm的同时,激光器中心波长从779.89nm到780.35nm可调谐。该激光器可以通过叠阵方式用于Rb蒸气的泵浦和激励。     

一种新型光纤光栅温度补偿装置

光纤布拉格光栅(FBG)中心反射波长随温度变化会发生漂移,影响光纤激光器输出波长的稳定性和光纤光栅传感器精度.为消除光纤光栅中心波长温漂特性,设计了一种新型光纤光栅温度补偿装置,详细阐述了其工作原理,并理论推导了点胶位置的计算公式.这种新结构易调整光纤光栅粘结位置,从而可调整光纤光栅温度补偿有效长度.为验证结构设计和理论分析的正确性,搭建了实验系统,并对封装前后光纤光栅中心反射波长温度漂移率进行了测试.测试结果表明,在-30～70℃温度范围内,封装前光纤光栅中心反射波长的温度漂移率为0.0095 nm/℃,封装后中心反射波长温度漂移率仅为0.0002 nm/℃,温度稳定性提高了约40倍.     

基于表面曲线光栅的高功率窄线宽半导体激光器

随着智能感知技术的快速发展，高功率、窄线宽的半导体激光光源成为研究热点。通过在边发射半导体激光器件表面引入高阶曲线光栅，设计了一种独特的非稳谐振腔结构，可实现高功率和窄线宽。采用紫外光刻和电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术，制备了周期为6.09μm、占空比为0.66、刻蚀深度为500 nm的曲线光栅。在室温条件下，测得腔长为2 mm的器件的阈值电流为220 mA，连续输出功率为1.48 W，斜率效率为0.63 W/A。比较了法布里-珀罗激光器、直线光栅分布式反馈（DFB）激光器和曲线光栅DFB激光器的光谱，结果表明，曲线光栅对半导体激光器的模式选择起到了关键作用，有利于实现高功率DFB激光器的窄线宽单模输出。该器件具有制作工艺相对简单、性能优异、可靠性高等特点，具有广阔的应用前景。     

均匀光栅DFB激光器光电特性研究北大核心CSCD

光栅结构的设计和制作直接决定了分布反馈（DFB）半导体激光器光电特性的优劣。采用传输矩阵法模拟了不同光栅耦合因子下随机相位对均匀光栅DFB芯片特性的影响,获得了芯片的光电参数分布。通过分析耦合因子对芯片光电参数分布的影响,提高了DFB芯片的成品率。设计并制备了基于Al Ga In As材料体系的脊波导DFB激光器,最终使芯片双峰比例仅为7.7%、成品率达到60%。对合格品在-40~105℃下的P-I特性和在-40~85℃下的光谱进行了测试,结果表明芯片性能优良,芯片远场发散角为25°和21°。芯片的小信号频带响应和眼图测试结果表明芯片完全满足2.5 Gbit/s的应用要求。