高功率1150 nm垂直外腔面发射半导体激光器

针对目前激光医疗、食品药品检测等领域对橙黄色激光的应用需求,开展了高功率基频光1150 nm垂直外腔面发射半导体激光器(VECSEL)研究。提出激光谐振腔内大尺寸基模光斑外腔结构,使VECSEL腔内模式匹配较大泵浦光斑尺寸,实现了高功率激光输出;提出增益峰-腔模失谐结构,增益峰与腔模温漂系数不同,高泵浦功率下具有良好的增益峰-腔模匹配,实现高泵浦功率工作下的激光波长稳定控制。制备的VECSEL器件在1150 nm激光波长的输出功率达到9.38 W,并获得良好的圆形对称的输出光斑形貌,光斑在正交方向上的发散角分别为7.3°和7.5°。

光纤布拉格光栅长外腔反馈半导体激光器特性研究

窄线宽激光器是光谱学和精密计量学等实验的基本组成部分。由于半导体激光器对外部光学反馈十分敏感,所以可以利用光反馈的高带宽抑制半导体激光器的相位噪声,进而压窄线宽。本文采用光纤布拉格光栅作为反馈元件,搭建了长外腔反馈回路。为了降低外界环境温度起伏和气流扰动的影响,对反馈光路的光纤控温,使得1小时内最大温度起伏从0.039℃降低到0.003℃。此外,测试了反馈带宽对激光线宽的影响,尽管实验所用光纤布拉格光栅的带宽远大于自由运转的激光线宽,但仍然可以观察到激光线宽被压窄,且光纤光栅的带宽越小,激光线宽越窄。对于此现象,分析认为在反馈回路中应该存在一种负反馈机制,可以将激光线宽稳定到反馈光谱的某个斜率处,所以光纤光栅的反馈带宽越窄,反馈光谱的斜率越大,反馈越灵敏。通过调整光纤光栅的反馈功率在0~1 mW范围内改变,观察到当反射功率为0.8 mW时,光反馈将激光线宽从自由运转的100.5 kHz压窄到最窄的11.5 kHz,0.2 kHz~2 MHz范围内的相位噪声降低约20 dB。

窄线宽外腔半导体激光器研究进展

窄线宽外腔半导体激光器具有结构简单、可调谐、噪声低等优势,广泛应用于量子精密测量、光通信、激光雷达等领域。根据外腔选频器件的不同,本文主要介绍光栅型激光器、干涉滤光型激光器、波导型激光器和法拉第激光器四类外腔半导体激光器,分析各类激光器的基本结构与选频机制、介绍各自的优缺点以及国内外研究进展。其中,前三类激光器采用非量子器件进行频率选择,而法拉第激光器利用共振法拉第旋光效应选频,输出波长直接对应原子跃迁谱线,对激光二极管的电流与温度变化具有良好的鲁棒性。随后介绍外腔半导体激光器的应用情况,尤其是在精密测量领域中的典型应用。最后总结并展望窄线宽外腔半导体激光器的未来发展方向。

外腔可调谐半导体激光器准直系统测试研究(特邀)

为了解决外腔可调谐半导体激光器波长调谐范围小的问题,对高斯光束在谐振腔内的传输特性进行了分析。结果表明,将增益芯片出射光束调整至发散角较小实现准直的方式不利于拓展波长调谐范围。针对一种涵盖1480~1640nm波段的Littman-Metcalf外腔可调谐半导体激光器,提出一种将光腰位置调整至与外腔长度相等的准直方案。经过仿真研究,相较于小发散角的准直方式,采用该方式准直后,可调谐半导体激光器的调谐范围得到大幅提升。

高边模抑制比窄线宽的光纤光栅外腔半导体激光器

本文从耦合腔理论出发分析了光纤光栅外腔半导体激光器的模式选择 ,得到了为达到稳定的高主边模抑制比所需的短外腔、短光纤光栅的器件设计原则 .制作了两只光纤光栅外腔半导体激光器 ,Q1为短外腔 (<2 mm)、短光纤光栅 (4mm)结构 ,Q2 为长外腔 (2 0 mm)、长光纤光栅 (1 7mm)结构 .测量 Q1的主边模抑制比为 35d B,Q2 的主边模抑制比为 1 0 d

920nm光抽运垂直外腔面发射半导体激光器结构设计(英文)

设计并优化了一种用808nm的大功率激光二极管为抽运光源,In0.09Ga0.91As量子阱结构为增益介质的920nm光抽运半导体垂直外腔面发射激光器。运用有限元方法,对激光器的电特性方程和光特性方程求自洽解,计算了器件各种特性参量。分析了单个周期内不同阱的个数(1,2和3)、不同阱深、不同垒宽、不同非吸收层组分、不同非吸收层尺寸条件下,器件性能的改变,特别是模式、阈值和光-光转换效率的改变,从而选择一个最佳的结构。

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 12 0 0GHz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 10 6,并针对Littrow型外腔结构提出了简洁。

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1MHz、连续可调谐范围可达3GHz的780nm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。

光纤光栅外腔半导体激光器的理论及实验研究

对影响光纤光栅外腔半导体激光器特性的几个重要因素(光纤光栅长度、耦合系数、内腔反射系数)进行了理论分析和数值模拟。从实验上进行了验证,实测了不同反射率情况下激光器的激射光谱,得到了带宽为0.1nm、出纤功率达417.4μW、边模抑制比高达37.9dB的激光谱线。验证的结果表明,理论分析、数值模拟、实验结果是吻合的。

外腔半导体激光器动态模稳定性的研究

为了研究调谐过程中外腔半导体激光器的模稳定性,采用多光束干涉理论推导Littrow结构外腔半导体激光器的腔增益,并模拟其模结构。分析了光栅面和转臂不在同一平面的情形下,在光栅转动调谐时,通过匹配光栅的反馈波长变化率与外腔波长变化率,推导出最佳的初始外腔长度,并研究了动态模稳定(无跳模调谐)的范围;采用严格的耦合理论和光线变换矩阵分析了准直(耦合)透镜的位置对系统后向耦合效率的影响。结果表明,系统后向耦合效率最大可达99%,极大地压窄了中心波长为780nm半导体激光器的线宽,外腔半导体激光器的理论线宽为未加外腔时的0.96%,动态模稳定范围可达6.8nm。

光纤光栅外腔半导体激光器波长调谐方法研究

可调谐光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)激射波长由光纤光栅布喇格波长决定,调谐光纤光栅布喇格波长可以改变激光器的激射波长。重点介绍采用轴向应力、径向应力和温度对光纤光栅布喇格波长的调谐。布喇格中心波长的偏移与轴向应力、径向应力和温度等变化量均呈极好的线性比例关系,且在较大的测量范围内一直保持线性关系。详细说明了光纤光栅外腔半导体激光器采用这三种方法调谐时的特点、适用范围,并对它们的性能进行了比较,给出在不同条件下适合的调谐方法。

1.53μm光纤光栅外腔半导体激光器乙炔吸收稳频

报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频。通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构。利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8。

可调外腔半导体激光器的绝对距离测量

提出了一种新型的可用于绝对距离测量的波长扫描光纤干涉仪。采用可连续调谐的外腔半导体激光器作为波长扫描光源。距离测量达到０．０５μｍ的精度和０．０１μｍ的分辨率。

光杠杆实现外腔半导体激光器波长调谐的理论研究

提出利用"光杠杆"的方法来精密调节光栅外腔半导体激光器的输出波长。光杠杆由光楔构成,采用旋转光楔的方法,实现激光输出波长的精密调谐,同时降低了调谐的机械要求。

温度变化对光纤光栅外腔半导体激光器激射波长的影响

在考虑了光纤光栅的位相后 ,从光纤光栅外腔半导体激光器 (FGESL)所满足的阈值条件出发 ,从理论上研究了温度的变化对FGESL激射波长的影响。数值模拟的结果表明 :由于温度变化造成半导体介质和光纤的折射率发生变化从而导致FGESL的纵模发生移动 ,因此FGESL的激射波长随着温度的升高将存在向长波长方向发生移动的趋势。对于短外腔 ,FGESL的纵模间距较大 ,由于半导体介质折射率随温度的变化程度大于光纤折射率随温度的变化程度 ,因而存在模式跳跃现象 ;对于长外腔 ,由于FGESL的纵模间隔很小 ,因而不存在明显的模式跳跃现象。这些结果符合其他研究者的实验观测。

调谐外腔半导体激光器输出双稳环的确定

在考察了外腔半导体激光器 (ECLD)的振荡频率ν与激光二极管 (LD)中载流子密度N(或增益 g)、介质的折射率n以及LD第m个模式的共振频率νm 间的关系之后 ,利用微扰法对LD的N ν曲线上被前人错判为不稳定的两个关键区段重新进行了分析 ,结果表明这两个区段是稳定区段 ,据此 ,可以确定在对ECLD进行调频的过程中其增益介质的N ν曲线上出现的双稳环。

外腔光反馈的半导体激光器基本模型的运行模式

根据 L ang- kobayashi带光反馈的半导体激光器模型 ,从理论上推导出其稳定条件 .数学模拟表明 ,对于动态单模半导体激光器 ,少量的外光反馈也会改变激光器的输出模式 ,随着反馈量的增加 ,激光器的振荡模式亦增加 ,并始终为 (2 n+1 )

外腔半导体激光器的实验研究

本文报道了外腔半导体激光器的一些研究成果 .利用闪耀光栅作反馈元件 ,对 80 8nm波长的半导体激光器形成弱耦合外腔 ,实现了光谱特性较好的窄线宽单模激光输出 ,线宽小于 0 .0 6nm,边模抑制比大于 30 d B,最大输出功率为 35 .4 m W,总的光—光转换效率为 4 6% .通过调整光栅转角 ,可以得到 1 1 .66nm的波长调谐范围 .设计了光栅 -反射镜联动结构 ,使外腔半导体激光器的输出方向不再随调谐而变化 .

闪耀光栅外腔反馈压窄半导体激光器线宽技术的研究

在讨论半导体激光线宽压窄理论的基础上,利用闪耀光栅作为外部反馈元件,介绍了由中心波长为949.6nm、原始线宽为1.2THz的单管半导体激光器构成的反馈外腔,它能够很好的改善半导体激光器的性能。实验得到了中心波长稳定的、单纵模的高质量激光输出,边模抑制比大于30dB,线宽优于1.2MHz(Δλ<3.6×10-6nm)。实验证实了强反馈能够很好地改善外腔半导体激光器的动态特性。

双光楔实现外腔半导体激光器波长精密调谐研究

提出利用旋转双光楔的方法来实现外腔半导体激光器波长的精密调谐。双光楔中,较大楔角的光楔用于粗调,较小楔角的光楔用于细调。与传统的Littman结构光栅外腔半导体激光器相比,通过这种方法,波长的精密调谐无需机械调谐装置,手动即可实现;对调谐的机械要求以及对振动的敏感性降低,波长选择精度相应大大提高。