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。     

1.5μm外腔半导体激光器弱相干光光纤通信实验系统

本文中,我们介绍1.5μm外腔半导体激光器弱相干光光纤通信实验系统,这是第一个在国内建立的半导体激光器相干光光纤通信系统,此系统以优良质量成功的在6公里单模光纤距离上传送70～140Mbit/s信号。实验表明,利用外腔半导体激光器,可能建立类似用DFB激光器建立的弱相干光光纤通信系统。     

外腔半导体激光器的设计与高次谐波稳频

首先讨论了半导体激光器外腔结构参量对激光连续可调范围影响的理论计算方法,给出了Littrow结构外腔半导体激光器调谐范围的计算结果。然后介绍了半导体激光器外腔结构参量的具体设计,利用该设计得到了出射激光线宽小于1 MHz、连续可调谐范围可达3 GHz的780 nm波段外腔半导体激光器。接着讨论了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频,优化激光频率短期稳定度的方法。最后根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

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．     

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。     

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。     

1.5μm外腔半导体激光器及其光混频实验研究

在1.5μm波段自聚焦透镜外腔半导体激光器的特性及其光混频实验中,两只结构相同的外腔半导体激光器经拍频后得到了稳定的中频信号,线宽约为6MHz(平均线宽为3MHz),在不加任何外部稳频措施的情况下,连续观察两小时中心频漂小于100MHz。文中还测得外腔半导体激光器线宽—功率特性及调频响应特性,实验与理论相吻合。且表明,这种结构的激光器可满足FSK相干光纤通信系统的要求。     

浅析元件参数对外腔半导体激光器输出谱宽影响

半导体抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）需大功率窄线宽泵浦源,但市售半导体激光器输出线宽远远大于碱金属原子吸收谱宽,难以实现有效泵浦,因此需采用Littrow 外腔法压窄半导体激光器输出谱宽。Littrow 外腔系统中元件参数的选择直接影响大功率半导体激光器输出谱宽。为此文中沿入射光线方向构建外腔压窄模型,利用球面镜替代柱面镜,分析了微柱透镜阵列、光学系统和光栅元件对外腔输出谱宽的影响,模拟结果为微柱透镜阵列焦距越小、光栅刻线越密、球面镜焦距越大,外腔输出谱宽越窄,实验结果符合理论模型。     

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。     

弱反馈光纤光栅外腔半导体激光器特性研究

分析了弱反馈光纤光栅外腔半导体激光器的工作原理 ,将反馈作用等效为光子寿命的改变 ,利用激光器简化多模速率方程理论计算了外腔激光器输出功率和边模抑制比随光栅反射率的变化关系 ,得出外腔激光器存在光栅最佳反射率的结论。并对用不同反射率光栅作外腔的半导体激光器进行了实验比较 ,对此结论进行了验证。实验中获得了边模抑制比达 2 5dB的单模输出     

可调谐外腔半导体激光器研究进展

可调谐外腔半导体激光器具有线宽窄、调谐范围宽、单模输出、输出功率高等优良特性,在白光干涉测量技术、波分复用系统、相干光通信、光纤传感等领域有着广泛的应用。文章首先介绍了可调谐外腔半导体激光器的基本原理以及各种典型外腔结构的调谐机理,然后根据外腔结构阐述了各种可调谐外腔半导体激光器的最新研究进展,分析了不同外腔结构的优缺点,最后对可调谐外腔半导体激光器的不足进行了总结,展望了其未来发展趋势。     

高灵敏度半导体激光吸收光谱技术

以可调谐外腔半导体激光器为光源,结合光外差调制技术、浓度调制技术建立了一套高灵敏度半导体激光光谱测量系统,可用来开展对瞬态分子的高分辨光谱研究.还在实验和理论上研究了不同解调相位下信号的线型,给出了较好的解调相位.     

具有强耦合外腔的半导体激光器稳定性极限条件

从理论上分析了强耦合外腔半导体激光器的稳定性。在外腔半导体激光器速率方程分析中引人了强反偏因子近似，通过增益速率－频率平面中的特性分析得到如下结论：对于给定参数的外腔半导体激光器，存在有一个技术不能超越的稳定性的理论极限条件。强反馈和短外腔长度有利于提高外腔半导体激器的稳定性．     

光栅调谐外腔半导体激光器特性

用一端面镀制高效减反射膜的激光二极管（实际已变成超辐射发光二极管），作为外腔中的增益介质与衍射光栅一道构造了光栅调谐外腔半导体激光器，并对其特性进行了分析和实验研究，实现了外腔半导体激光器的宽带调谐单模输出，调谐范围宽达４０ｎｍ，测定了阈值电流和调谐波长的关系。     

外腔半导体激光器设计与高次谐波稳频

研究了利特罗(Littrow)结构外腔半导体激光器的结构参量对激光连续可调范围的影响。给出了反射镜转轴等处的机械加工误差对激光波长连续可调范围所造成的影响的数值计算结果。介绍了半导体激光器外腔结构设计的具体细节要点。利用该设计制作的外腔只需要配合商用半导体激光管便可以得到优质的780nm激光输出,经测量其线宽小于1MHz,连续可调谐范围大于3GHz。利用腔外Rb饱和吸收谱的三、五次谐波稳频方法对半导体激光器进行了稳频。其中提出了优化激光频率短期稳定度的方法,并对调制深度的选择给出了详细的理论解释。根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

二分支低中频相位分集FSK相干光纤通信实验系统

本文报道以1.5μm InGaAsP自聚焦棒(GRINROD)外腔半导体激光器作发送光源,光棚外腔半导体激光器作本振光源,用改进的90°光混合器作光混合器件的二分支相位分集FSK相干光纤通信系统的实验研究系统中,采用100 MHz正弦信号对自聚焦棒外腔半导体激光器进行直接注入电流调制,接收端用平衡混频器解调信号。实验结果表明,改进的90°光混合器可用于相干光纤通信系统中。     

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。     

外部光反馈对强耦合外腔半导体激光器特性影响的理论分析

本文从理论上分析了外部光反馈对强耦合外腔半导体激光器特性的影响，对相干外部光反馈和非相干外部光反馈两种情形的分析结果均表明强耦合外腔半导体激光器可将半导体激光器所能容忍的临界光反馈强度提高大约２０ｄＢ以上，同时得出了长外腔和强耦合有利于提高外腔半导体激光器抗反馈能力的结论。     

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。     

外腔半导体激光器的高精度双稳温度控制

温度对于外腔半导体激光器的特性有很大的影响,对其温度进行高精度的控制,是保证外腔半导体激光器输出波长稳定的关键技术之一。本文介绍了外腔半导体激光器的高精度温度控制原理和方法,提出了采用PID控制原理的模拟电路设计和以单片机为核心的数字电路设计相结合的双稳温度控制方案,并对其进行了理论分析和实验研究。