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。     

Littrow型光栅外腔半导体激光器的输出特性分析

在讨论光栅外腔半导体激光器理论的基础上.对影响Littrow型光栅外腔半导体激光器输出功率和线宽压窄的各种因素进行了数值模拟分析.研制了单纵模高质量激光输出的Littrow型光栅外腔半导体激光器,在工作电流为400 mA时,连续输出功率达到180 mW,线宽优于1 MHz.     

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。     

405nm波段光栅外腔窄线宽蓝紫光半导体激光器

自由运行的半导体激光器由于谱线较宽而无法满足如拉曼散射等对线宽有要求的应用需求,因此获得线宽较窄、波长稳定的半导体激光器十分必要。采用反射式全息光栅作为谱线窄化元件,研究了在Littrow布局下的405 nm外腔半导体激光器。反射式全息光栅的加入,使得光栅面和半导体激光器的输出面组成耦合外腔,这在很大程度上改善了405 nm半导体激光器的线宽性能。实验结果表明,通过加入2400 line/mm的反射式全息光栅形成外腔反馈,半导体激光器的阈值电流由31 m A下降到22 m A,谱线宽度从自由运行时的1 nm减小到0.03 nm以下,实现了窄线宽输出,并且在工作电流为100 m A时,得到窄线宽半导体激光器的输出功率为28 m W,为自由运行半导体激光器输出功率的31.7%。此外,通过调节反馈光栅的角度,实现了较大电流范围的激光波长的连续调谐,最大调谐范围达3.5 nm。     

强反馈外腔半导体激光器线宽特性研究

本文分析了具有强反馈外腔的半导体激光器线宽特性，给出了强反馈外腔半导体激光器的线宽压窄率表示式．分析结果表明：该公式与数值解的结果符合很好，并且在一定条件下，弱反馈外腔可以得到比强反馈外腔更窄的线宽．     

窄线宽的外腔半导体激光器

介绍了使用闪耀光栅作为光反馈元件,与原始线宽大于1200GHz的半导体激光器构成的Littrow型外腔半导体激光器,极大地改善了激光器的性能。实验得到了功率恒定、模式单一稳定、线宽优于1.2MHz的激光输出,压窄线宽比为106,并针对Littrow型外腔结构提出了简洁、紧凑的复合型外腔方式。     

基于片上微腔自反馈注入锁定的窄线宽激光器

对半导体激光器外腔自反馈注入锁定进行了理论分析,研究了片上微腔的自反馈注入锁定对于分布反馈(DFB)激光器输出线宽的影响,分析了决定锁定带宽及线宽压缩系数的关键参数。基于Q值为2.4×10⁶的片上Si₃N₄微腔的后向瑞利散射实现了DFB激光器的自反馈注入锁定,将其输出线宽由自由运转时的556.71 kHz压窄到了92.28 kHz,锁定带宽达到425 MHz。研究结果有助于理解半导体激光器自反馈注入锁定机理,并为实现窄线宽激光器提供了新的结构更简单、集成化潜力更高的方案。     

千赫兹量级窄线宽半导体激光器研究进展

窄线宽半导体激光器由于其高单色性、低频率噪声、高可调谐性等优点,广泛应用于高速相干光通信、分布式传感、激光雷达等领域.随着高品质因子(Q)光学谐振腔、硅光异构集成芯片等技术的发展,窄线宽半导体激光器近十年经历了革命式发展,线宽压缩至千赫兹(kHz)量级,甚至到亚千赫兹量级.文章阐述了千赫兹量级窄线宽半导体激光器的最新进展,针对不同压缩线宽机制的窄线宽激光器进行了分类介绍,深入讨论了优化耦合系数、减少外腔损耗等对窄线宽激光器性能的影响,并针对未来应用需求展望了千赫兹量级窄线宽激光器在进一步压缩线宽、提升输出光功率方面的发展方向.     

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。     

用于干涉测量的光栅外腔半导体激光器

研制了用于光干涉测量的单稳频、窄线宽光栅外腔半导体激光器(LD)。它由出光面镀有增透膜的单管半导体激光器、光束校正准直系统、闪耀光栅、注入电流驱动系统及温度控制系统组成。闪耀光栅作为外腔光反馈元件对单管半导体激光器输出的纵模进行选择，使之工作在单纵模状态。外腔的引入还使输出光的谱线宽度得以大大压窄。注入电流驱动系统为半导体激光器提供工作电流。温度控制系统由双层温控组成。第一层用于控制单管半导体激光器管芯温度；另一层用于及时带走第一层温控产生的热量，并消除环境温度影响，使外腔温度稳定。该温控系统可使所构成激光器的温度稳定在1‰℃量级。对研制的外腔半导体激光器的特性进行测试，其输出功率恒定、模式单一稳定、谱线宽度优于1．4MHz。     

双模激光线宽及其时谱的实验观测

本根据双模激光时间相干度ｇ（ｔ）与激光线宽△ｕｐ的关系提出了一种观测激光宽及其时谱的简单方法－ｇ（ｔ）时谱法，章以双模Ｈｅ－Ｎｅ激光器为例，介绍了本方法的测量原理，给出了相应的实验结果，得到了双模Ｈｅ－Ｎｅ激光线宽△ｕｐ随开机时间变化的时谱曲线。     

基于相干包络解调的窄线宽测量算法研究

激光线宽对光学相干探测系统的探测范围、精度和噪声特性都有重要影响。为精确测量半导体激光器的线宽值,提出了通过解调短延时自外差的干涉谱来实现高精度窄激光线宽测量的新方法。搭建短延时的自外差干涉测量系统,得到半导体激光器的干涉谱,通过设计算法对干涉谱的相干包络进行解调,最终获得了严格的洛伦兹线型谱和相应的谱线宽度,通过理论分析、仿真和实验验证了该方法的可行性。该方法可以忽略因1/f频率噪声产生高斯展宽带来的影响,与传统线宽测量方法相比,该方法的测量结果更加精确。     

光纤光栅外腔半导体激光器的线宽特性研究

利用光子轨道角动量(OAM)可以大幅度提高通信系统的频谱效率和容量,从而满足未来通信容量不断增长的需求。以InP基半导体外延材料为基础,设计了一种将分布反馈(DFB)半导体激光器与OAM光转换器件集成在一起的有源半导体OAM光束发射器,并对这种结构进行了参数设计和模型仿真。 更多还原     

外部压缩半导体激光器光谱线宽的发展现状

本文系统地归纳了从外部压缩半导体激光器光谱线宽的各种方法,介绍了这一研究领域近年来的发展状况。     

光刻技术及其新进展

介绍了用于制作半导体集成电路的光刻工艺的概念、分类及发展过程，阐述了当前光刻工艺的主流，并重点介绍了极紫外光刻、X射线光刻、电子束光刻、离子束光刻、纳米图形转印等下一代光刻技术的特点及其面临的挑战。     

驰豫与谱线宽度

本文介绍了包括纵向驰豫，横向驰豫以及交叉驰豫在内的各类驰豫过程的基本概念，驰豫时间的定义以及它在光频电场二能级系统作用方程中的作用，从辐射机理出发，讨论了与辐射有关的各类驰豫过程和萤光谱线线宽，萤光谱线的各类增宽的关系。     

有源光纤环形腔的频率滤波特性

本文首先从理论上通过简单的分析得以了有源光纤环形腔的输出谱密度函数公式，该式清楚地表明光纤环形腔的频率滤波特性。从该公式出发，详细分析了环形腔输入光纤宽和环形腔参数对输出光谱谱型和线宽的影响。最后，通过设计不同的环形腔的自由谱宽和不同线宽的激光器作为输出光源，对上述理论分析做了实验验证。理论和实验表明，由于环形腔的强度传递函数是多峰的响应函数，环形腔自由谱宽和输入激光线宽的大小直接影响到环形腔输出光频谱形状，即是单峰输出还是多峰输出，对于不同形状的光谱输出，输出激光的线宽受环形腔的参数影响也各不相同。     

气压－波长扫描F－P干涉仪测定半导体激光器线宽

介绍一种基于多光束干涉原理设计的气压－波长扫描Ｆ－Ｐ干涉仪，用来测定半导体激光器线宽的实验装置系统，可用于分析半导体激光器谱线精细结构，它具有设备简单、操作方便、精度高、易于实现等优点。     

光栅腔光参量振荡器线宽研究

本文对光栅腔光参量振荡器线宽特性进行了研究，并对光栅腔ＢＢＯ光参量振荡器线宽进行了数值分析，与实验结果较为吻合。本文所用方法同样适用于其它单轴晶光栅腔光参量振荡器线宽分析。