Wavelength-tunable organic semiconductor lasers based on elastic distributed feedback gratings

Wavelength-tunable organic semiconductor lasers based on mechanically stretchable polydimethylsiloxane (PDMS) gratings were developed. The intrinsic stretchability of PDMS was explored to modulate the period of the distributed feedback gratings for fine tuning the lasing wavelength. Notably, elastic lasers based on three typical light-emitting molecules show com-parable lasing threshold values analogous to rigid devices and a continuous wavelength tunability of about 10 nm by mechanic-al stretching. In addition, the stretchability provides a simple solution for dynamically tuning the lasing wavelength in a spec-tral range that is challenging to achieve for inorganic counterparts. Our work has provided a simple and efficient method of fab-ricating tunable organic lasers that depend on stretchable distributed feedback gratings, demonstrating a significant step in the advancement of flexible organic optoelectronic devices.

两段式DFB半导体激光器波长调谐实验研究

采用国产普通折射率耦合型两段式DFB半导体激光器进行了波长调谐实验研究，实验结果表明，通过分别调节激光器两段的工作电流，不仅可以使器件单模工作，而且还能进行波长调谐。波长调谐范围为6．2nm，连续波长调谐范围为0．9nm。

两段式DFB激光器波长调谐特性分析

利用耦合波方程 ,对两段式DFB激光器进行理论分析 ,得出了激光器激射工作时两段载流子浓度和激射波长之间所满足的隐含表达式。作为特例 ,分析了吸收型器件在两段等长情况下的阈值载流子浓度变化和波长调谐特性。

DFB半导体激光器电流波长调谐线性度分析与校准

分布反馈半导体激光器的调谐特性是制约TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术测量性能的因素之一。针对目前DFB激光器存在固有的波长调谐非线性问题,提出了基于多项式拟合电流预校准算法的调谐非线性校准方法。首先,搭建了激光器电流波长测量系统,实测了电流波长关系并对线性度进行分析,基于多项式拟合算法推导注入电流预校准数学模型。其次,分析了多项式拟合算法拟合效果,通过比较各阶拟合多项式的MSE值(均方误差)和收敛特性,选择了二次多项式作为校准函数。实验结果表明,相比未校准状态,基于多项式拟合电流预校准算法使校准后的MSE值有大幅度降低。其中,对较优的二次多项式拟合算法进行激光器调谐非线性误差分析,相比校准前15.39%,校准后降低至2.27%,验证了该校准方法能够大幅提高DFB半导体激光器电流波长调谐的线性度。

时分副载波半导体DFB激光多路波长锁定器

我们研制成功8路时分副载波半导体DFB激光器波长锁定器.用1kHz正弦时分电信号,分别对8个1.55μm波段的DFB激光器进行1％的幅度调制,每个DFB激光2％的光信号分成两路,一路通过自由光谱区为100 GHz的F-P标准具,另一路作参考光,两路的光电差分信号反馈控制DFB激光器的温度,使每个DFB激光器锁定在各自所需的波长上.测试结果表明波长锁定的激光频率间隔100 GHz,波长锁定精度优于±2.5GHz。该方法同样适用于50GHz频率间隔和更多路的波长锁定.本文着重介绍该锁定器的光电信号处理和控制方法.

Wavelength-tunable multi-point pump semiconductor disk laser based on an intra-cavity transmission grating

We report a wavelength-tunable multi-point pump scheme of the semiconductor disk lasers(SDLs).By designing an external cavity of SDL with an intra-cavity transmission grating,multiple pump gain regions share the same resonator.The effect of the intra-cavity grating on the output laser power,wavelength,and beam quality was investigated.The emission wavelength could be tuned over a bandwidth of~18 nm.With multi-point pumping,we achieve the laser output power with almost no loss,and further improvement is limited by the thermal effect.The changes in the beam are due to the mode selectivity by the intra-cavity grating.

半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术

波长调谐和波长稳定的半导体激光器在光通信等实际应用领域有着重要而广泛的应用．本文评述了半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术的几种方案，分析了其波长调谐和波长稳定的机理．

长外腔半导体激光器的调谐连续性

可调谐外腔半导体激光器（ＥＣＬＤ）中的波长选择元件（如光栅、Ｆ－Ｐ标准具等）所选择的波长函数具有一定的频谱宽度，为实现连续调谐该宽度就应足够小。作为首次尝试，在研究了确保ＥＣＬＤ能在激光二极管的反共振波长振荡所需的条件后，我们导出了该谱宽不能超过的上限值。

实现外腔半导体激光器连续调谐的两个基本要求

定量讨论了实现外腔式半导体激光器连续调谐的两个基本要求：同时改变外腔长度及光栅反射波长，半导体激光器（ＬＤ）端面镀减反膜。分析表明：前人给出外腔的可调整范围并非是实现最大调谐范围的必要条件，而是实现调谐连续性的一种可行选择。针对具体的减反射膜，对在ＥＣＬＤ上可能实现的连续调谐范围进行了研究。

双光栅外腔半导体激光器压窄技术的研究

介绍了利用双光栅外腔结构对650 nm半导体激光器输出激光进行选模、线宽压窄及波长调谐的 研究。获得了最窄线宽<0.01 nm的单纵模激光输出,实现了波长调谐范围约8.4 nm。

970 nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器

宽条形半导体激光器广泛应用于激光泵浦、激光加工等领域。针对宽条型半导体激光器输出光谱宽、调谐范围小的问题,采用衍射效率分别为28%和55%的反射式衍射光栅作为反馈元件构建了宽条形970 nm波长光栅外腔半导体激光器。研究了Littrow结构激光器参数对其性能(调谐范围、功率、阈值电流、线宽)的影响。实验结果表明,通过结构优化可得到窄线宽可调谐激光输出,适当地提高温度和使用较高衍射效率的光栅可增加激光器调谐范围,并且较高衍射效率的光栅可降低激光器的阈值电流。基于S偏振入射方式的光栅外腔激光器最大可实现27.87 nm的波长调谐范围,光谱线宽压窄至0.2 nm,输出功率可达1.11 W。

785nm便携式光栅外腔可调谐半导体激光器的研制和输出特性

针对移频激发拉曼光谱测试系统的小型化需求,在Littrow结构中,采用商用的785nm大功率激光二极管作为增益器件,构建了一款便携式光栅外腔可调谐半导体激光器。该激光器通过采用一种新型的波长调谐方法,即以改变半导体增益器件相对于准直透镜的水平位置来实现波长的连续调谐,实现了尺寸为140mm×65mm×50mm的小型化结构设计。相比于传统的旋转衍射光栅改变光线在光栅上的入射角来实现波长调谐的方式,该方法有效地缩减了增益器件的平移距离,从而有利于便携式外腔激光器波长的快速宽带调谐。实验结果表明,该激光器具有较宽的波长调谐范围,在340~900mA注入电流下均可实现10nm以上的波长调谐,尤其在900mA大注入电流下,其波长调谐覆盖779.40~791.07nm,调谐范围可达11.67nm,且激射线宽小于0.2nm,单波长输出功率最高可达280mW,放大的自发辐射抑制比大于25dB,呈现出较优异的输出性能,满足移频激发拉曼光谱检测系统对光源的基本要求。此外,该激光器可采用一微型压电陶瓷驱动器来实现波长的电动调谐,实验获得了1.35nm的波长调谐范围,证实了所制785nm便携式光栅外腔可调谐半导体激光器适合作为便携式移频激发拉曼光谱检测系统的光源用于减除原始拉曼光谱中的荧光背景。

宽范围可调谐内腔液晶垂直腔面发射激光器设计与研究

为增加可调谐激光器的波长调谐范围,提高系统的可靠性和稳定性,基于液晶的电控双折射特性,设计了一种中心波长为852 nm的内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器结构。分析了该结构获得宽范围波长调谐和单偏振稳定输出的物理原理,利用传输矩阵法进一步计算整个器件下不同液晶层厚度所对应的反射谱,得出不同液晶厚度和折射率下激光器的激射波长。结果表明,液晶可调谐激光器单偏振波长调谐范围达到31 nm,调谐效率大于10 nm/V。

半导体激光器温度调谐波长扫描技术

低成本、小型化的波长扫描半导体激光器在光纤传感系统中有着重要作用。设计了一种可进行温度调谐的半导体激光光源驱动电路。该电路系统以ARM单片机作为控制中心,利用热敏电阻采样激光工作温度,并通过半导体制冷器(TEC)进行温度调节,使得激光器能够根据温度调谐实现波长扫描;同时通过背向光探测器(PD)采样激光输出功率,并通过改变半导体激光驱动电流实现对激光输出功率的控制,使得激光器在温度变化时输出光功率保持稳定。实验结果表明,该电路能够长时间可靠地工作,激光器能够实现的最大波长调谐范围为5nm,且输出光功率在整个波长扫描过程中保持稳定。

全光波长转换器的原理和特性的比较

全光波长转换器件是未来全光网的一个关键器件，可以广泛地用作为光开关、光交换、波长路由、波长再用等，从而使波分复用系统的管理更为灵活、合理、可靠。本文介绍全光波长转换的基本原理、特性及其研究进展。

宽范围可调谐内腔液晶垂直腔面发射激光器的制备

制备了一种中心波长为852nm的内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器结构。研究了不加调谐电压时可调谐VCSEL的电流-电压-光功率关系,注入电流为10mA时,得到了器件的最大输出功率为2.3mW。结果表明,内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器的波长调谐范围达到27nm,调谐效率为9nm/V。

调制光栅Y分支型激光器高效调谐特性研究

针对调制光栅Y分支型(MG-Y)激光器在实际应用中波长-电流查找表(LUT)构建效率低、调谐方式复杂、波长调谐时功率漂移量大等问题,对其调谐特性进行了深入研究。利用左、右反射器电流的调谐特性,设计出一种具有普适性的波长测试框架,能够高效且准确地定位激光器的平滑波长调谐路径。同时提出一种自适应功率校准算法,提升了激光器在波长调谐时的功率稳定性。测试结果表明:基于波长测试框架的LUT仅包含3147个反射器电流-波长组合;激光器的波长调谐范围为1528~1568 nm,波长调谐步长为5 pm;边模抑制比(SMSR)大于40 dB;波长准确度优于±2.9 pm;波长重复性优于1.9 pm;波长调谐时功率漂移量小于0.408 mW,稳定度为3.57%;解调出光纤非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器的腔长变化量小于7.58 nm,可以应用于光纤传感等实际场景。

内腔亚波长光栅MEMS VCSELs的波长调谐范围

微机电系统(MEMS)垂直腔面发射激光器(VCSELs)是一种特殊光源,具有低功耗、高调制速率、宽波长调谐范围、易耦合等优点,被广泛应用于激光通信领域。为提升激光器工作性能,如扩大波长调谐范围、提高偏振对比度等,需要优化内腔亚波长光栅结构参数来改善腔内光场分布以及偏振输出模式。基于等效介质理论(EMT),并结合薄膜理论设计了针对调谐范围中心波长为850nm、GaAs材料的亚波长光栅的较优周期、占空比、脊高的取值。分析了横电(TE)、横磁(TM)光,占空比与脊高对光栅透射率的影响。另外,通过系统模拟,对比了未刻蚀光栅、光栅未优化及光栅优化后的激光器波长调谐范围,结果表明:针对特定波长调谐范围及光栅材料,通过优化光栅参数可实现光栅对TE或TM光的增透,增强半导体腔和空气隙之间光场的耦合,进而扩大激光器的波长调谐范围。

高灵敏度调谐式连续波腔衰荡光谱技术

建立了一套以分布反馈式(DFB)激光器为光源的高灵敏度连续波腔衰荡光谱测量系统,该系统利用DFB激光器的电流调谐特点使激光在衰荡腔内谐振,利用其电流调制的特点实现入射光的关断,进行衰荡测量。对标准具效应消除前后的系统进行了测试,结果表明,前后系统等噪声探测灵敏度分别为2.56×10^(-7)cm^(-1)和1.27×10^(-8)cm^(-1)。以衰荡腔的纵模间隔为扫描步长对6591.43 cm^(-1)处N_2O的氮气加宽线宽系数进行了测量,测量结果分别为0.0819 cm^(-1)和0.0808 cm^(-1),对测量结果与HITRAN2004数据库中参数间的差别进行了讨论。

基于两帧差分平均移相算法标定斐索型波长移相干涉仪

波长移相干涉仪的移相值与干涉腔长度有关,需要对其标定方可采用定步长移相算法计算相位分布。为了标定研制的斐索型波长移相干涉仪,提出一种利用干涉图直接计算定步长移相值的新算法两帧差分平均移相算法(TDA)。对该算法进行模拟仿真,验证了算法的可行性和计算精度,并进一步开展了实验研究。结果表明:运用TDA算法处理定步长移相干涉图可以获得与实际值接近的计算结果;利用TDA算法标定的波长移相干涉仪的测量面形均方根(RMS)重复性优于0.07nm(1.106λ/10000),达到了设计指标;用该干涉仪与Zygo干涉仪对相同元件进行比较测量,检测结果之差的RMS为0.742nm。