半导体激光器的线宽理论与实验

本文采用气压-波长扫描F-P干涉法测量了国产半导体激光器的输出线宽。测量结果表明:质子轰击条形AlGaAs/GaAs(DH)注入激光器线宽典型值为3.2 GHz·mW~(-1)。该结果与 C.H.Henry的半导体激光器的线宽理论相差27倍。为解释这误差,本文从半导体激光器的噪声理论和激光器谐振腔理论出发,具体分析了条形半导体激光器谐振腔波导结构,讨论了半导体激光器线宽的结构增宽,修正了C.H.Henry的线宽理论公式。经过修正的线宽理论公式具有更普遍意义,并与实验结果取得了基本一致。     

半导体激光器波导结构对线宽影响的理论修正

从质子轰击条形半导体激光器线宽的实验测量，发现半导体激光器线宽与谐振腔结构有关。通过对Ｃ．Ｈ．Ｈｅｎｒｙ给出的半导体激光器线宽的理论公式进行分析，认为半导体激光器腔结构不同会引起激光器线宽的不同，并从理论上分析与推导了波导结构对激光器线宽的影响，定义了结构线宽△ｖｓ１／２概念及其表达式。修正了的线宽理论公式具有更广泛的适用范围。     

窄线宽半导体激光器件

分布反馈半导体激光器的线宽一般较大，难以满足光纤传感等领域的要求。根据C.H. Henry于1982年提出的半导体激光器的线宽理论，通过适当设计DFB半导体激光器的腔长、耦合系数、微分增益、光限制因子，能有效地减小激光器的线宽。同时，空间烧孔现象也可限制DFB半导体激光器的线宽，为此需要合理设计光栅结构。在此基础上，DFB激光器的线宽能达到几十千赫兹的量级。此外，采用DBR结构或者外腔结构，也可以获得相当窄的线宽。     

谐振式集成光学角速率传感器光源的研究

文中对谐振式集成光学角速率传感器(IORS)关键器件之一--大功率、窄线宽光源进行的分析与实验表明,为达到优于1(°)/h的分辨率,光源的线宽应小于300kHz;在实验研究中采用大功率、窄线宽的半导体激光器(LD)泵浦Nd:YAG激光器和光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-LD)作为光源,分别应用于保偏光纤谐振腔构成的IORS的实验装置,实测谐振腔的清晰度与理论计算值是一致的.     

GaAs/AlGaAs DH多模激光器增益宽度、象散因子和线宽测定

本文报道国产质子轰击条形GaAs/AIGaAs DH多模激光器的增益宽度、象散因子和线宽的实验测量结果。发现此类半导体激光器的增益宽度均是几十埃,象散因子都小于3,线宽均大于10GHz。对此类半导体激光器的实验数据在光纤通讯和光盘以及其它领域中的应用具有实际参考价值。     

自聚焦棒外腔单频半导体激光器

本文提出了用振幅耦合因子描述激光器谐振腔与自聚焦棒光波导结构的差异及耦合腔的衍射损耗;讨论了自聚焦棒相对激光器作微小偏移对振幅耦合因子的影响.对自聚焦棒外腔半导体激光器的选模理论进行了实验验证.实现了单纵模运转,其边模抑制比大于35dB,线宽小于21MHz,最大的波长调谐范围为11nm.     

基于SOA和F-P环形滤波器的双波长激光器

提出了基于半导体光放大器(SOA)和掺铒法布里-波罗(F-P)环形滤波器的双波长激光器结构。该激光器以半导体光放大器为增益介质,利用其自发辐射起振,激光器中的多模光纤布喇格光栅、法布里-波罗环形滤波器和线型谐振腔都有选频作用。其中,光栅的布喇格波长决定了振荡波长,使激光器产生两个波长的激光输出,线型谐振腔自身的梳状滤波作用和F-P环形滤波器抑制激光器的多余纵模,使得输出激光具有窄线宽特性,得到了线宽为0.05nm双波长振荡。     

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.     

外腔半导体激光器的场功率谱和线宽

本文采用低频近似的方法,用半经典理论,给出了外腔半导体激光器的场功率谱和线宽公式,理论分析与实验结果是吻合的。     

基于保偏光栅和复合腔的单纵模双波长激光器

提出了保偏光纤光栅和复合腔结构的单纵模双波长激光器,保偏光纤布喇格光栅(PM-FBG)的波长确定了振荡频率.除了激光器谐振腔,还引入了两个滤波结构,其中一个是带有半导体光放大器(SOA)的环形滤波结构,另一个是由两个偏振分束、两个偏振控制器及一段单模光纤组成的双腔滤波器,三个谐振腔的共同作用抑制了激光器的多余纵模,得到了单纵模的线宽为4.7kHz.     

电流密度分布对GaAs/GaAlAs条形激光器的瞬态温度特性的影响

本文将电流密度的侧向分布考虑到热传导模型中去,对一般条形半导体激光器的体内瞬态温度分布进行了计算,同时,利用光谱法对一些条形激光器的瞬态温度进行了实验测量.计算结果同测量结果一致.     

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．     

移频延时自外差法的DFB激光器线宽测量

为了测量分布反馈（DFB）单模半导体激光器线宽,采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案,设计了一套全光纤延时自外差法测量系统,并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统,对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800kHz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试,测得激光器线宽值分别为951.566kHz,832.471kHz和802.221kHz,并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明,与模拟仿真结果作对比,延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优,其误差在3%之内,证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。     

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。     

外腔半导体激光器的两种窄谱机制

本文区分和研究外腔半导体激光器的两种窄谱机制,从而简捷地得出了其线宽公式。本文的基本思想对于优化外腔半导体激光器的设计和探索新的外腔结构具有指导意义。     

低阈值基横模条形半导体激光器

本文利用等效折射率法对条形半导体激光器进行分析,得到确定条形激光器结构参数的公式,并对我们所研究的AlGaAs/GaAs BH激光器进行优化设计,得出最佳结构参数,最后给出实验测试结果,与设计要求相符。     

光纤光栅外腔半导体激光器的线宽特性研究

通过构建外腔半导体激光器的等效腔模型,并在修正的肖洛-汤斯线宽公式中引入外腔压窄因子,系统模拟了光纤光栅外腔半导体激光器的电流阈值特性和线宽特性.以等效腔模型为基础,综合考虑外腔压窄因子,利用修正后的肖恩-汤斯公式,使用Matlab对外腔激光器的阈值和线宽特性进行了系统的模拟.模拟结果表明:通过增加外腔反射率,可有效增加光子寿命并降低阈值载流子浓度,进而获得较低的阈值电流,对于0.81的外腔等效反射率,阈值电流低至3.83 mA;通过增加外腔反射率、耦合效率和外腔长度,可显著压窄线宽至千赫兹量级;此外,合理限制增益芯片尺寸也会压窄线宽.激光器工作电流为60 mA时,当外腔光栅反射率由0.1提高至0.9可使阈值电流由9.04 mA降低至4.01 mA,线宽由95.27 kHz降低至1.34 kHz;当外腔长度由2 cm增加至6 cm时,激光器线宽由3.20 kHz降低至0.36 kHz.     

窄线宽半导体激光器的驱动和温控设计

窄线宽半导体激光器日益广泛的应用对其驱动和温控电路提出了更高的要求。为获得窄线宽、稳定功率并实时可调的激光输出,利用ATLWS200MA103驱动模块和TECA1系列温控模块搭建半导体激光器的驱动和温控电路,对激光器输出的各项性能指标进行测试,验证了在该驱动下,激光器线宽可达到5kHz,光功率稳定性达到0.1%。并利用波导谐振腔进行扫频实验,得出驱动电流变化量与激光器中心频率变化量之间的关系表达式。     

光纤光栅外腔半导体激光器特性的研究

对谐振式集成光学角速率传感器 IORS 的关键器件之一——大功率、窄线宽光源进行了分析与实验 .分析结果表明 ,为达到优于 1°/ h的分辨率 ,光源应选用线宽小于 1MHz的强反馈光纤光栅外腔半导体激光器 FBG- L D ;研究了 FBG- LD的单纵模机制和线宽压窄特性 ,着重考虑了反馈端面的残留反射率对 FBG- L D输出功率的影响 ,以及耦合效率对 FBG- L D线宽的影响 ;在实验研究中采用了大功率、窄线宽、单纵模的 FBG- L D,并应用于光纤谐振腔 ,实测的谐振腔的清晰度与理论计算值是一致的 .     

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/℃.