光反馈对光纤光栅外腔半导体激光器特性的影响

主要研究了外加光反馈对光纤布拉格光栅外腔半导体窄线宽激光器特性的影响。在研究温度对光纤光栅外腔半导体激光器激射波长影响的基础上,设计了强度可调的外加光反馈系统,并利用延时自外差法测试外腔半导体激光器的线宽,从实验上分析了不同强度的外加光反馈对外腔半导体激光器线宽和噪声的影响。实验结果表明,在外加光反馈强度逐渐增强的过程中,激光器线宽逐渐变窄。当反馈比为-22dB时,激光器线宽被压窄至原始线宽的15%。与此同时,在相同的反馈变化下,激光器的相对强度噪声开始无明显变化,直到反馈比达到-27dB。再继续增大反馈强度,相对强度噪声显著增大,激光器内部发生相干崩塌。     

一种新颖的自反馈光注入单频窄线宽光纤激光器

报道一种基于自反馈光注入的单频窄线宽光纤激光器。激光器采用线形腔结构,用高掺杂Er3+光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈与腔内振荡激光干涉,形成折射率光栅与增益光栅共同作用选择纵模,获得稳定的1 549.85 nm单频窄线宽激光输出。在975 nm单模激光二极管(LD)抽运下,激光器的抽运阈值光功率为13 mW。当抽运光功率为112 mW时,最大输出信号光功率为30.6 mW,对应的光-光转换效率为27.3%,斜率效率为30.2%,信噪比大于50 dB。采用延时自外差方法测量线宽,当使用30 km单模光纤延迟线时,测量得到激光器的3 dB线宽为4.0 kHz。     

基于铷原子调制转移光谱技术的1560nm光纤激光器频率锁定研究

1560 nm窄线宽激光器作为光学C波段的重要波长成分,在光纤传感和激光雷达等领域有着广泛的应用,实现该波段的激光稳频对光谱学和精密测量具有重要意义。本文采用1560 nm窄线宽光纤激光器作为种子光源,倍频至780 nm波段后,利用调制转移光谱（MTS）将倍频光锁定在铷原子(⁸⁵Rb)D2线的3-4交叉峰上;并研究探测光和泵浦光功率比、调制解调信号的频率和幅值来优化MTS信号,最终同时实现1560 nm光纤激光器的频率锁定及780 nm的稳频输出。激光器稳频后与低噪声精密锁定的光学频率梳进行拍频,通过频率计测量拍频信号并进行Allan方差分析,积分时间为10 s时,相对频率稳定度为1.4×10^-11。     

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.     

注入锁定光纤环形腔激光器实验研究

利用注入锁定技术,将中心频率稳定、窄线宽的DFBLD作为主激光器,将光纤环形腔激光器作为从激光器。在实现注入锁定后,利用光纤环形腔谐振特性,在效压窄了注入光线宽。得到了中心频率稳定,较之DFBLD线宽更窄的输出激光,目前线宽已被压窄到70kHz。     

全固态窄线宽钠导星激光器

研制了一台重复频率400 Hz,平均功率1.0 W的激光二极管抽运全固态窄线宽钠导星激光器.利用两路波长分别为1064 nm和1319 nm的声光(AO)调Q激光器作为基频光,在腔外通过三硼酸锂(LBO)晶体和频产生(SFG)589 nm钠导旱激光,和频效率约达20%.每路基频光均采用标准具压窄线宽,输出和频光线宽约1.8 GHz,并调节控制标准具的温度和倾斜角度将中心波长锁定于589.159 nm(偏差±1 pm),实现了激光器谱线与钠原子D2线的精确匹配.     

高稳定度窄线宽激光器的研究

介绍了3种不同类型的高稳定度窄线宽激光器的研究进展.基于Littman结构和饱和吸收光谱稳频技术,研制了稳频外腔半导体激光器系统,输出波长为780.2 nm,频率稳定度1 MHz,不失锁时间大于12 h.利用边带稳频技术将分布反馈(DFB)激光器的输出波长稳定在Cs原子的吸收谱线的边带处,引入数字信号处理器(DSP)全数字稳频控制技术,实现了自动找频和稳频,获得波长为852.3 nm的稳频激光输出,24 h内频率漂移为±2 MHz.利用国产磷酸盐玻璃光纤作为增益介质,实现了一台高功率单纵模光纤激光器,制作的厘米级激光器实现了最大输出功率100 mW,利用外部光反馈实现单偏振运转,测得输出线宽为2 kHz,偏振消光比优于35 dB.     

单端光纤耦合的声光调Q全光纤化光纤激光器

实现了一种单端光纤耦合的高重复频率、窄脉冲、窄线宽及高效率的主动声光调Q全光纤脉冲光纤激光器。该光纤激光器基于光纤光栅与平面镜组合而成的线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,采用激光二极管与(2+1)×1抽运耦合器形成后向抽运,并利用单端光纤耦合声光调制器(AOM)实现了全光纤化结构的脉冲掺镱双包层光纤激光器。调Q声光开关工作在一级方向,反向输出调Q脉冲,重复频率20～100kHz可调。在重复频率50kHz、抽运功率5.7W下系统获得了输出激光功率2.64W、单脉冲能量528μJ、脉宽56ns、峰值功率943W的稳定的高效率、窄线宽的窄脉冲,中心波长在1080nm左右,线宽为0.06nm,光-光转换效率高达46%。     

基于复合双环腔及饱和吸收体的单纵模窄线宽掺铥光纤激光器

提出并实现了一种工作在2050 nm波段的单纵模窄线宽掺铥光纤激光器。使用3个耦合器组成的新型复合双环腔抑制密集的多纵模,结合未泵浦的掺铥光纤（作为饱和吸收体）,实现了激光的单纵模激射和窄线宽输出。实验结果表明：室温下,激光器的中心波长为2048.76 nm,光信噪比为68 dB。通过60 min的连续测量,得到激光的输出功率波动不大于0.15 dB,中心波长漂移不大于0.02 nm,证明了所设计的激光器具有良好的波长稳定性和功率稳定性。使用基于3×3光纤耦合器的相位解调系统对激光器的频率噪声特性进行测量,并进一步结合β分割线法测量线宽。当测量时间为0.001 s时,激光器的线宽为9.17 kHz。当频率高于1 MHz时,相对强度噪声低于-125.69 dB/Hz。该激光器在激光雷达和空间光通信系统中具有广阔的应用前景。     

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。     

基于多普勒测风激光雷达的锁频系统与激光测速系统的设计与实现

在非相干多普勒测风激光雷达系统中,激光的线宽与频率的稳定性是影响测量结果准确性的两个重要因素。研制的激光雷达系统采用种子注入方法产生窄线宽脉冲激光,采用碘分子饱和吸收稳频的方法,利用VB语言基于PID算法编写仪器控制程序,将种子激光器的频率锁定在碘分子吸收线1 109线的高波数边缘上,长时间(4 h)锁频的精度0.5 MHz,频率的长期稳定度为3.5510-9。设计了连续光测速系统,得出多普勒频移测得的实验值与实际斩波盘的速度值曲线,速度误差小于0.4 m/s。由此也说明,所设计的连续光测速系统可以对整个锁频系统进行校准。该实验也为测风激光雷达的建设提供指导意义。     

室温下稳定工作的多波长掺铒光纤激光器

对多波长掺铒光纤激光器进行了实验研究。通过在环形腔掺铒光纤激光器中引入一个全光纤相位调制器,在双折射光纤长度约为4．1m时,实现了室温下16个波长的稳定输出,波长间隔为0．8nm,满足ITU信道标准。而且通过改变双折射光纤的长度,可实现相邻时长间隔的精确调节。激射波长线宽小于0．1nm。功率谱比较平坦,在近12nm的谱宽内功率起伏小于dB。     

差频产生中红外光源的线宽分析

差频法具有无需复杂腔型调整、输出激光调谐范围宽、效率较高等综合优点,是获得3～5μm中红外激光光源的重要手段。推导了差频产生中红外激光的输出光波长、线宽以及功率的公式,重点讨论了输出激光线宽与抽运光波长和线宽、信号光线宽以及温度等因素的关系。结果表明,输出激光线宽主要由抽运光和信号光的线宽决定。     

一种激光二极管精密驱动电路

文章介绍了一种基于C8051F007单片机控制的激光二极管精密恒流和温度驱动电路的设计、制作及其测试。该电路以两片集成芯片为核心,可自由设置、调节和实时监控激光二极管的注入电流和工作温度。利用普通的635nm激光二极管,对制作完成的电路性能进行的测试表明:本驱动电路在短时间(约10min),可控制的频率稳定度达10-4nm,可满足半导体激光器线宽压窄和稳频技术的研究需要。     

Analysis and design of a DPSK optical heterodyne receiver in the presence of laser phase noise and frequency detuning

This paper is concerned with the analysis and design of an improved differential heterodyne optical receiver for differentially-encoded binary PSK (briefly, DPSK) signals in a coherent lightwave communication system. In the first part of the paper, we discuss the relevant design criteria to be employed when dealing with asynchronous heterodyne receivers for ASK, FSK or DPSK optical signals. In particular, we introduce a convenient definition of the signal-to-noise ratio at the data detector input to be assumed as the system performance measure when the non-negligible linewidth of the transmit/receive laser sources are to be taken into account. Following this design approach, we show that by properly modifying the traditional delay-and-multiply DPSK receiver, i. e. by allowing the delay to be a fraction of the symbol interval, we can considerably reduce the performance degradation caused by laser phase noise. We show thus that the superior power-efficiency of DPSK can be traded in favour of a decreased sensitivity to phase noise through a proper choice of the differential detector delay. In this respect, our results reveal that DPSK may still be competitive with other modulation formats even with non-negligible linewidth sources. In the last part of the paper, the behaviour of the optimized DPSK, ASK and large-deviation FSK data demodulators in the presence of a quasistationary frequency detuning of the local laser is also discussed under the same set of conditions as in the previous analysis. The results can be employed to derive accurate design requirements for the AFC loop of the receiver.     

半导体激光器混沌相位共轭反馈控制方法

提出了半导体激光器混沌相位共轭反馈(PCF)控制方法,建立了相位共轭反馈控制条件下激光器电流激发混沌的物理模型,发现其混沌控制物理机制是相位共轭反馈影响改变了激光器非线性增益和线宽增强因子特性,控制了系统的动力学行为及频率特性,其影响程度与反馈系数、延迟时间和光线宽增强因子等有关。数值模拟结果表明,在不同强度的光反馈下,通过调节相位共轭反馈光的延迟时间可以控制混沌激光到周期态、双周期态、多周期态等;发现相位共轭反馈控制特点是反馈光场和输出激光处于相干增强状态去实现混沌控制,且能控制实现激光器功率增强的周期脉冲输出。     

窄线宽光纤激光器

为满足传感系统的需求,研制了1 550nm单频窄线宽光纤激光器,采用环形腔结构,利用976nm激光器作为泵浦源,高掺杂掺铒光纤作为增益介质,以低掺杂掺铒光纤作为饱和吸收体,得到稳定的窄线宽激光输出。泵浦功率为200mW时,得到输出功率为21mW,线宽为7.2kHz,波长稳定度为1.26pm,相对强度噪声≤-102dB/Hz1/2。     

激光相位调制法布里-珀罗腔精细度法测定反射率

谐振腔精细度法是通过测量光学谐振腔透射谱线宽度来实现对光学反射镜反射率的测定。由于此谱线宽度数值通常在射频范围,采用光谱仪难以精确测量,而在谐振腔精细度方法的基础上引入激光相位调制技术,提出激光相位调制法布里-珀罗(F-P)腔精细度法测定反射率。利用电光调制器对激光进行射频相位调制,以产生的调制边带与激光载波的频率间隔作为“射频标尺”,精确测量了法布里-珀罗腔透射光谱的谱线宽度。利用腔精细度与腔透射光谱的谱线宽度及反射率的关系公式,获得了反射镜的反射率,测量精度可达到10-4。     

A widely tunable fiber ring laser with closed loop control based on high-precision stepper motor

A tunable single-longitudinal mode erbium-doped fiber ring laser based on stepper motor and closed loop control is proposed and demonstrated. The system consists of an erbium-doped fiber (EDF), a tunable fiber Bragg grating (FBG) filter and a wavelength detector. The characteristics of output laser, such as output power, power stability and 3-dB linewidth, are investigated in the operation range of 1 531—1 569 nm. The repeated experimental results of the fiber laser show that the 3-dB linewidth is less than 17 ps, the side-mode suppression ratio (SMSR) is up to 60 dB, the output power is up to 1.37 dBm, and the power variation is less than 0.61 dB.     

Near threshold operation of semiconductor lasers and resonant-typelaser amplifiers

The characteristics of a semiconductor laser operating in the threshold region are investigated systematically. In this transition region from below to above threshold, the linewidth versus injection current characteristic is found to be nonmonotonic: a local minimum of linewidth just below threshold and a local maximum just above threshold are confirmed experimentally. If a semiconductor laser works below threshold as a resonant optical amplifier or optical filter, the small-signal frequency bandwidth is found to be equivalent to the spontaneous emission linewidth. When the laser amplifier is used simultaneously as a photodetector, the maximum value of photodetection sensitivity is achieved with the laser amplifier biased between 98% and 99% of the threshold current. The Fokker-Planck equation method is employed in the linewidth calculation. A numerical computer simulation is also performed using the rate-equation model. A reasonable agreement between theory and experiment is obtained