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°。

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。

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。

微腔真空场对辐射过程的调控及应用(特邀)

真空电磁模式与辐射源之间的相互耦合决定了辐射源的辐射特性。光学微腔能够对真空光子态密度进行有效调控,进而影响辐射源的辐射过程。微腔内真空电磁场的局域分布可以通过微纳结构来改变,从而调节辐射源与光子的相互作用,为微纳激光、量子光源、片上光学网络等应用领域提供新颖的功能性器件。然而,真空场的静态调控方法存在其固有限制,即一旦完成制备无法更改其性能,因此微腔光子器件迫切需要动态或者准动态的调控技术来实现相应的功能。本文综述了基于材料性质、环境参数和耦合效应的多种调控手段,以期实现对器件真空场分布的后端调控。总结了国内外在半导体微腔真空场调控方面的研究进展,并提出了未来的研究展望。主动后端调控手段有望在集成微纳光学和量子信息处理等领域得到广泛的应用。

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。

半导体微腔激光器瞬态响应及调制特性分析

针对半导体微腔激光器的结构特点 ,考虑到腔量子电动力学中自发辐射增强效应 ,采用传统速率方程的表示形式 ,建立了微腔激光器的速率方程 ,着重讨论了微腔激光器的瞬态响应及调制特性 ,给出了其动态特性的仿真结果 ,分析了自发辐射因子、注入电流和腔长对微腔激光器的激射阈值、延迟时间、驰豫振荡频率和光输出等参量的影响 。

GaAs量子阱半导体微腔中腔极化激元的动态行为(英文)

GaAs量子阱半导体微腔中, 光子同时与重空穴激子、轻空穴激子耦合形成腔极化激元 本文采用三谐振子耦合模型,计算了腔极化激元的三支的色散关系、线宽、有效质量及其群速度;结果表明,由于腔极化激元的三支中光子、重空穴激子、轻空穴激子所占的权重随着平面波矢(或入射角度)变化,腔极化激元三支的线宽、有效质量及其群速度呈现出不同的动态行为。

基于垂直谐振腔结构的半导体光放大器理论分析

由新型垂直腔半导体光放大器(VCSOAs)器件结构出发,在反射模式和透射模式两种情况下,计算了VCSOAs的分布布拉格反射堆(DBR)反射率、单程增益与增益、带宽的关系,其中DBR反射率的增大伴随着增益的上升,但也伴随着带宽的减小.通过引入增益带宽积的概念,以均衡增益与带宽.计算中表明10dB以上增益,50GHz以上带宽可以实现.计算结果与文献实验相吻合,对优化VCSOAs的结构设计和性能有所裨益.

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。

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。

半导体微腔激光器中的自发辐射耦合增强效应

针对半导体微腔激光器的结构特点 ,以及腔量子电动力学中自发辐射增强效应 ,采用光增益与载流子密度的对数关系 ,引入增益饱和项和非辐射复合项的贡献 ,指出即便是对于理想的封闭微腔 ,由于非辐射衰减速率的影响 ,光输出并不随泵浦线性变化。结合频谱和相图分析 ,给出了自发辐射耦合因子与微腔激光器的激射阈值、开关延迟时间、弛豫振荡频率和光输出等参量关系的仿真结果 ,这对于微腔激光器的理论研究和优化器件结构有所裨益。

半导体微腔物理及其应用

半导体微腔物理是半导体低维结构物理与量子光学的交叉前沿领域．本文就半导体微腔中自发辐射增强效应，腔极化激元与Rabi分裂，腔极化激元的色散关系，稳态与瞬态的光学性质，三维受限微腔和微腔激光器特性等作一概要介绍，力图重点地从物理角度来阐明这些物理现象．

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。

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。

传输矩阵法研究垂直腔半导体光放大器增益特性

利用传输矩阵法研究垂直腔半导体光放大器(VCSOAs)的增益及其带宽特性。研究了不同载流子浓度、DBR膜层数对增益特性的影响,发现了有源区内量子阱堆位置的改变将导致增益峰值波长移动。数值计算结果与实验结果相吻合。

改善外腔半导体激光器调谐特性的新方法

基于原有的Littman结构外腔半导体激光器，提出采用一种新的光学方法来实现波长调谐。该方法采用了包含一个旋转楔形棱镜的“光杠杆”系统来降低调谐的机械要求，提高波长选择精度。通过选择不同的楔形棱镜顶角和光线入射角，机械要求可以降低1～2个数量级，波长选择精度也得到相同量级的提高。该方法使Littman结构外腔半导体激光器的调谐特性得到极大的改善，并大大降低了震动的敏感性。