光纤光栅外腔激光器光学薄膜的研制

腔面光学薄膜是光纤光栅外腔激光器(ECL)的关键结构,平面波方法(PWM)被广泛应用于腔面光学薄膜的设计,然而该设计在ECL中的实际应用效果往往并不理想。本文在使用PWM方法时通过时域有限差分法分析其中的原因,并考虑腔面尺寸和结构影响。仿真结果显示,PWM设计存在反射率差和反射曲线偏移等问题,实际的反射特性显著偏离设计值。因此本文重点优化了薄膜设计,并采用磁控溅射工艺镀膜。测量结果显示,优化后增透膜的反射率降低了30%,高反膜反射率增至96%以上,所制备的ECL的光纤输出功率超过650 mW。本文研究结果为ECL和其他半导体光电子器件的腔面光学薄膜研制提供了参考。

基于光纤光栅外腔激光器的全光波长转换器的阈值转换特性

使用半导体激活介质的增益饱和效应 ,描述了激光器型全光波长转换器波长转换机制及其阈值转换特性 .实验研究了基于光纤光栅外腔半导体激光器的全光波长转换器的阈值转换特性 ,结果表明以此器件作为波长转换器可以将信号的消光比由 5d B提高到 3 0 d B,并可将信号的强度起伏抑制到 0 d B,可实现部分信号数字再生功能 .

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LittmanMetcalf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。

新型电调谐傅立叶变换外腔激光器研究

介绍了一种新型的带有液晶或微反射镜阵列的傅立叶变换外腔结构 ,这种腔结构可以广泛应用于半导体激光器和高功率掺稀土离子的双包层光纤激光器。用它不仅可以实现扩展增益 ,快速、高精度、重复性好的宽范围调谐 ,可变波长间隔的多波长激光运转 ,而且还可以在外腔中插入周期极化晶体实现腔内倍频。

外腔激光器实现波长转换的高频调制特性分析

作为自动交换全光网络中的核心器件,全光波长转换器的研究是目前的热点问题。本文基于半导体激光器实现波长转换的理论模型,采用小信号分析方法,利用速率方程求解了基于光纤光栅外腔半导体激光器实现波长转换的频率调制响应特性,并重点分析了光子寿命对高频特性的影响。这对于优化光纤光栅外腔结构实现高速全光波长转换器有一定的参考价值。最后数值求解了不同输入信号速率下的转换波形,仿真结果和对波长转换器的频率响应特性分析结果是一致的。

GaN基蓝光可调谐外腔激光器

以目前市面上商用的高功率GaN基蓝光半导体激光器为光源,搭建了Littman型外腔激光器,研究了其波长可调谐范围、输出功率、输出光谱等特性。经验证,该激光器具备良好的性能,在1500 mA的注入电流下,实现了3.1 nm的调谐带宽,从454.3 nm到457.4 nm,输出功率超过640 mW。此外,在360 mA注入电流下,谱线宽度从1 nm(自由运行宽度)压窄到0.2 nm,放大自发辐射抑制比大于35 dB,具有良好的波长锁定特性。光栅耦合蓝光EC激光器具有波长调谐灵活、输出功率高、谱线窄等优点,在全息数据存储、激光冷却、气体测量和光学倍频等方面拥有潜在的应用前景。

基于硅基氮化硅波导的外腔激光器研究

本论文展示了一种可调谐硅基外腔激光器,调谐范围在C波段(1540~1560nm),该激光器使用端面直接耦合(edge coupling)方式将SOA(Semiconductor Optical Amplifier)与硅基Si_(3)N_(4)波导集成。通过设计硅基Si_(3)N_(4)波导微环结构行成激光器外腔,激光器边模抑制比(side-mode suppression,SMSR)可达64dB。使用热调方式对微环进行等效折射率调节,实现了激光器粗调(coarse tune)与精调(fine tune)相结合,调节精度可达0.04nm。

MEMS型可调外腔激光器的研究

文章提出了一种以MEMS TOF(微电子机械系统可调光滤波器)和标准具作为波长选择元件,LC(液晶)作为相位补偿元件,平面反射镜提供光反馈的可调外腔半导体激光器结构。实际研制了该结构的激光器样品,实验测得该激光器的输出功率>10dBm,边模抑制比>50dB,可调谐范围达到7nm,线宽约为200kHz。

新颖的波长可选择调谐外腔激光器研究

采用增益芯片与取样光纤光栅双端耦合、双端可调的新颖外腔调谐方式,得到了36 nm的准连续调谐范围、约35 dB的边模抑制比、模式稳定性良好的实验结果。讨论了取样光纤光栅参量对可调谐激光器性能的影响,检验了取样光纤光栅波长漂移的应力响应。提出了一种新颖的、简单的调谐方案,详细地阐明了其调谐机理。

基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器

紫外激光器具有频率高、波长短、单光子能量大以及空间分辨率高等特点,在精细加工、生命科学、光谱学等许多方面应用前景广阔.本文报道了一种基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器.该激光器采用了W型谐振腔,并插入双折射滤波片作为偏振和波长调谐元件,通过Ⅰ类相位匹配的LBO晶体对980 nm基频光进行倍频产生490 nm蓝光,再通过Ⅰ类相位匹配的BBO晶体对9.80 nm基频光和490 nm倍频光进行和频获得327 nm紫外输出.当LBO和BBO晶体的长度都为5 mm时,在环境温度为15℃,泵浦功率为47 W的条件下,实验输出的327 nm紫外激光功率达到538 mW.选择厚度为2 mm的双折射滤波片作为调谐元件,可获得的紫外激光器输出波长的连续调谐范围为8.6 nm.该紫外激光器同时显示了良好的光束质量和较好的功率稳定性.

509 nm高功率宽调谐外腔面发射激光器

报道了一种高功率宽调谐外腔面发射绿光激光器,利用设计的1018 nm半导体增益芯片、折叠镜以及后端镜构成结构紧凑的V型腔,使用长度为10 mm的Ⅰ类相位匹配三硼酸锂(LiB_(3)O_(5),LBO)非线性频率变换晶体进行腔内倍频,实现了509 nm波长的高功率绿光输出.通过在腔内插入双折射滤波片(birefringent filter,BRF),可获得连续调谐的激光波长.当BRF厚度为1 mm时,基频激光和倍频绿光的波长调谐范围分别为47.1 nm和20.1 nm.可调谐绿光的最大输出功率为8.23 W,对应的倍频转换效率为68.2%,相应的从吸收泵浦光到倍频绿光的光-光转换效率为16.6%.

高转换效率腔内倍频外腔面发射蓝光激光器

高功率高光束质量的蓝色激光在激光显示与照明、水下通信和成像、有色金属加工等许多领域具有广泛应用前景.本文利用增益芯片底部的高反镜分布布拉格反射镜、折叠镜以及后端反射镜构成V型谐振腔,通过腔内插入非线性晶体LBO,获得了高转换效率的高功率、高光束质量蓝光输出.实验研究了非线性晶体的长度、基频激光的线宽、倍频走离角的补偿等不同因素对外腔面发射激光器腔内倍频蓝光输出功率的影响.在LBO的Ⅰ类相位匹配条件下,当晶体长度为5 mm,所用双折射滤波片厚度为1 mm时,获得超过6 W的491 nm波长蓝光输出,x和y方向的光束质量M2因子均为1.08,倍频转换效率为63%.

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。

一种可降低Littman-Metcalf光栅外腔半导体激光器衍射损耗的结构设计

基于原有Littman-Metcalf型光栅外腔半导体激光器的工作原理,设计了一种可以降低衍射损耗的外腔结构。在Littman-Metcalf结构的基础上增加一个反射镜,将闪耀光栅二次衍射产生的零级衍射光反馈回半导体激光器本征腔。推导了新结构模型外腔损耗的表达式,通过等效腔的概念对两种结构激光器的外腔损耗、阈值电流、输出线宽以及输出功率进行了仿真分析。结果表明:将二次衍射产生的零级光反馈回有源区可有效降低Littman-Metcalf结构激光器的外腔损耗,提高了系统的耦合效率,从而降低阈值电流,提高了激光器的输出功率。同时,由于提高了外腔反射效率,该外腔结构进一步压窄激光器的输出线宽。对影响低损耗Littman-Metcalf外腔激光器输出线宽以及输出功率的因素(端面反射率、内外腔长、闪耀光栅衍射效率以及反射镜反射率等)也进行了仿真分析,为后期激光器制作提高了理论指导。

增益腔模大失配型垂直外腔面发射激光器侧向激射抑制

垂直外腔面发射激光器(Vertical external cavity surface emitting laser,VECSEL)的侧向激射是制约其高性能工作的关键。我们设计了室温下量子阱增益峰与表面腔模大失配(30 nm)的增益芯片结构,并证实该结构可以有效抑制泵浦功率增加时VECSEL的侧向激射增强问题。增益芯片基底温度为20℃时,VECSEL正向激射波长位于980 nm,侧向激射波长位于950 nm,当泵浦功率逐步增加时,侧向激射强度随着正向激射的出现而迅速降低。这是因为激光正向激射时量子阱的受激辐射能级与正向激射激光模式匹配,正向激射的激光模式可以获取更高的模式增益,在与侧向模式的竞争中处于优势地位。当基底温度控制在0℃与10℃时,量子阱本征增益峰值与表面腔模失配度增大,此时VECSEL仍然表现出稳定的侧向激射抑制效果。

垂直外腔面发射半导体激光器的双波长调控研究

报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器(Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Laser,VECSEL)及其双波长调控。通过调控泵浦光功率,实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换,双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转,翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度,进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0℃时,每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变,激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换,同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。

外腔半导体激光器稳频方法综述

自由运转激光器的频率因温度、电流、机械振动等因素造成漂移,难以满足精密测量、原子物理、光通信等领域对激光频率长期稳定的需求,所以对激光器稳频显得至关重要。首先对原子能级结构、多普勒展宽、光抽运与光极化作了简要阐述。接着,介绍了以原子跃迁谱为参考频率的饱和吸收光谱稳频、调制转移光谱稳频、偏振光谱稳频和磁致二色性稳频的基本原理,并对其技术特性进行了分析。最后,对其发展趋势提出了展望,为外腔半导体激光器稳频技术的应用提供了有益参考。

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。

基于级联光纤光栅的双模外腔半导体激光器的实验研究

实现了使用两个级联的光纤 Bragg光栅的外腔半导体激光器的双模运转 .两个模的峰值波长取决于光纤 Bragg光栅的峰值反射波长 ,分别为 1 53 1 .5nm与 1 549.4nm.注入电流为 53 m A时 ,两模峰值功率达到均衡为 0 .5m W,边模抑制比为 2 7d B.

基于双透镜外腔结构的窄线宽可调谐半导体激光器

设计了一种具有独特双透镜外腔结构的可调谐窄线宽激光器,利用一个温控50 GHz的标准具提供ITU标准波长序列,通过一个压电陶瓷驱动的Fabry-Pérot可调谐滤波器选择一个标准波长实现单波长输出。实验结果表明:该激光器的调谐范围达到了1 525～1 580 nm,覆盖整个C波段,线宽为37.5 kHz,400 mA电流条件下的输出功率超过50 mW,边模抑制比超过50 dB,达到或超过相干通讯应用的要求和其他单片集成类器件的指标。另外,本结构具有位置容差大、调谐速度快(<3 ms)、易于实现超窄线宽以及波长微调等优点,待实现小型化和标准封装,其大规模应用将成为可能。