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。     

体布拉格光栅反射率对外腔半导体激光阵列输出光谱的影响

采用记录在光致热敏折射率玻璃中的反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成外腔半导体激光阵列,对其输出光谱特性进行了实验研究,分析了快轴准直透镜的位置对外腔反馈耦合效率的影响。实验结果表明,在体布拉格光栅外腔反馈作用下,半导体激光阵列输出光谱中心波长得到锁定,同时输出线宽显著变窄。重点研究了体布拉格光栅的反射率对外腔反馈半导体激光阵列输出光谱特性以及激光器效率的影响。实验结果表明,体布拉格光栅反射率的增加可提高半导体激光阵列内腔模式的抑制效果,提高输出光谱对比度,减小输出光谱线宽。使用反射率为30%的体布拉格光栅,可将半导体激光阵列的输出波长锁定在808nm附近,输出光谱线宽压缩至0.18nm。外腔半导体激光器的输出功率达24.8W,效率为82.6%。     

温控体布拉格光栅外腔单管半导体激光器

为了研究铷蒸气激光中的线宽匹配技术,基于半导体制冷片(TEC)的温度控制技术设计了窄线宽可调谐单管半导体激光器.利用半导体激光器的温度漂移特性,使LD的激光光谱中心波长在780 nm附近(工作温度-6℃),采用体布拉格光栅(VBG)外腔结构改善了LD的激光光谱,获得了功率1.448 W线宽0.13 nm的激光输出.通过调节VBG的温度,LD波长可从779.28 nm调谐至780.13 nm,调谐范围达850 pm.     

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/℃.     

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。     

窄线宽蓝光半导体激光器研究

由于有色金属对蓝光激光光源具有良好的吸收效率，因此蓝光半导体激光器逐步成为研究热点。针对激光加工纯铜、纯金、高强铝等高反射金属材料的市场需求，采用体布拉格光栅作为外腔反馈元件，压窄激光线宽，稳定激光波长，并基于空间合束技术将6片单管蓝光激光芯片聚焦耦合进芯径为105μm、数值孔径为0.22的光纤中，研制出窄线宽蓝光半导体激光光纤耦合模块。当工作电流为3 A时，该激光模块的输出功率为26.32 W，稳定输出波长为444.29 nm，光谱线宽被压至0.18 nm。     

1550 nm波段外腔窄线宽激光器增益芯片

针对外腔窄线宽激光器应用设计了一款半导体增益芯片，分析了斜率效率和增益谱特性，由于封装后增益峰红移会造成器件输出功率下降，指出设计中芯片的增益峰需偏离激光器激射波长。通过优化量子阱结构及材料应力，提高了芯片的斜率效率。为了降低芯片自身法布里-珀罗(FP)腔谐振效应，采用弯曲波导配合磁控溅射四层增透膜工艺，使芯片出光端面的有效反射率明显降低，提高了窄线宽激光器输出波长的稳定性。所设计芯片采用1%压应变量子阱材料，量子阱厚度为7.5 nm,量子阱数量为3个，芯片波导与解理面法线呈6°夹角。通过半导体流片工艺完成掩埋结芯片制作，并进行窄线宽激光器封装及测试，实现了1 550 nm波段高效稳定的窄线宽激光输出。     

窄线宽单宽面源大功率半导体激光器

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)在高能激光领域获得了快速发展,但碱金属原子吸收谱宽很窄,即使充入1.01×105 Pa的缓冲气体如氦气或乙烷,其碰撞加宽也只有0.02-0.04 nm,而市售大功率半导体激光器输出谱宽为2-4 nm,难以实现有效抽运.采用Littman外腔结构压窄20 W单宽面源大功率半导体激光器...     

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。     

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。     

半导体抽运铷蒸气输出2.8W线偏振铷激光

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)是一种具有广阔应用前景的激光器,近年来发展迅速。使用碱金属铷所需要的中心波长为780nm的半导体激光器线阵作抽运源,采用平面衍射光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.13nm,并使用斩波器将半导体激光变为脉冲输出形式。采用透镜组合对窄线宽半导体激光进行光束扭转整形,整形后光斑近似为方形。半导体激光经线宽压窄和光束整形后,被聚焦进铷蒸气泡,泡内充入79kPa甲烷作为缓冲气体。控制铷蒸气泡温度为145℃,注入谐振腔的抽运光峰值功率为最高13W时,获得了峰值功率2.8W的线偏振铷激光输出,光-光转换效率达21%。     

基于外腔光谱合束的650 nm半导体激光器EI北大核心CSCD

高功率650~660 nm波段激光器在可见光光电对抗领域具有重要作用,目前该波段光源由固体激光器通过半导体激光器泵浦并倍频输出,输出功率高、光束质量近衍射极限,但转换效率低。半导体激光器的转换效率高,但输出功率低,需要通过增加激光单元的方法提升功率,并通过激光合束的方式提升光束质量。文中提出外腔光谱合束的650 nm波段半导体激光器结构,通过实验验证可实现连续功率为7.3 W、光谱线宽为6.45 nm、电光转换效率为23.4%的650 nm波段激光输出,光束质量为M_(X)^(2)=1.95,M_(Y)^(2)=11.11,接近固体激光器,未来通过增加合束的激光单元数量并结合偏振合束可以获得更高功率的650 nm波段激光。     

单瓣近衍射极限输出的带外腔半导体激光器

实验研究了带外腔反馈注入的宽接触条形激光器，并用光线传输矩阵分析了该外腔结构。利用闪耀光栅及耦合输出反射镜对表面未镀增透膜的半导体激光器构成外腔，选择一定模式的激光反馈注入回激光器，从而限制了其他模式在半导体激光器内的振荡，压缩了激光器输出激光的光谱宽度。当激光器驱动电流为2．7倍阈值电流时，获得230mW输出功率，0．6nm谱宽，单瓣近衍射极限的激光输出。用一平面镜代替光栅作为外腔反射镜，获得了320mW输出功率，1．5nm谱宽的单瓣近衍射极限的激光输出。     

窄线宽LD泵浦双包层光纤激光器

报道了LD泵浦的窄线宽双包层光纤（DCF）激光器，从理论和实验数值模拟了激光输出功率对输出镜反射率，光纤长度和吸收泵浦功率的依赖关系，进而进行了实验，实验中选用光纤布拉格光栅（FBG）作为输入腔镜，利用光纤端面菲涅耳反射作为输出腔镜，得到了窄线宽的单模激光输出。最大输出功率421mW，斜率效率78.2%，激光中心波长1086.92nm，谱线宽度0.16nm。     

LD泵浦不同腔结构高效运转掺铥光纤激光器

研究了掺铥光纤激光器的不同谐振腔结构方式。使用LD泵浦,分别采用双色镜和端面反射、高反光纤光栅和端面反射以及双色镜和低反光纤光栅构成激光器谐振腔,均获得了超过Stokes极限的斜效率。其中双色镜和端面反射腔结构下获得了最高斜效率56.9%,对应的量子效率为142%。三种腔结构下,激光光谱线宽由激光器系统所采用的反射腔的光谱特性所决定。在双色镜和端面反射腔结构下,激光器在双色镜的高反带宽内随机起振,光谱较宽;在使用光纤布拉格光栅作为激光器谐振腔的高反射腔镜和低反射腔镜的情况下,激光器都获得了2 m处的窄线宽输出,线宽受限于所使用的光纤光栅的反射带宽。     

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%。     

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。     

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。     

窄线宽1064 nm分布布拉格反射半导体激光器

1064nm分布布拉格反射(DBR)半导体激光器具有窄线宽、输出稳定的特性,在自由空间激光通信用种子光源等方面具有广阔的应用前景。设计了一种单模、窄线宽的1064nm DBR半导体激光器,利用金属有机化合物气相沉积技术生长出InGaAs应变量子阱半导体激光器材料,并制备出腔长为1200μm的脊型波导1064nm DBR半导体激光器。当注入电流为70mA时,室温下该激光器的连续输出功率可达到7mW,3dB光谱线宽为0.12nm。     

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。