基于外腔反馈的可调谐半导体激光光源的扫频特性研究

半导体激光光源在激光雷达、空间探测以及光纤智能感知等领域有着重要作用,其中可调谐半导体激光光源还可用于新一代可重构光分插复用系统中光器件等的波长相关和偏振依赖损耗测试。基于Litt-man结构的外腔反馈型可调谐半导体激光光源是一种实现宽调谐、高光谱纯净度和无跳模谐振输出的有效手段。笔者团队利用联合研制的中心波长为1526.276 nm、3 dB带宽为111.0054 nm的增益芯片作为内腔种子源,通过闪耀光栅将不同波长锁定在振荡器中,实现了最快扫描速度为200 nm/s、最小触发间隔为5 pm、本征线宽小于10.02 kHz及无跳模范围为130 nm的单纵模扫频输出。结果表明,凭借InGaAsP/InP增益芯片优异的宽光谱光学特性和Littman反馈原理,本研究结果有助于推动波长快速扫描测试系统的研究进程,提升相关器件测试的精度和效率。

宽范围无跳模外腔可调谐半导体激光器

具有宽调谐范围、无跳模以及高光谱纯净度的半导体激光器在超精细光谱、相干检测和光纤智能感知等领域有着重要的应用。但是受到半导体激光器固有运转特性的制约,通过传统的单片集成式半导体激光器难以获得高光谱纯净度的宽范围可调谐激光输出。因此文中采用闪耀光栅作为外腔反馈元件,单角面度半导体增益芯片作为增益介质,通过Littman-Metcalf外腔振荡结构实现了1 480~1 580 nm的宽调谐范围、无模式跳变的线宽小于98.27 kHz的激光输出,在注入电流为410 mA的条件下获得了16.95 dBm的峰值功率、全范围功率优于14.96 dBm和边模抑制比优于65.54 dB的输出。相应的实验结果表明:采用机械刻划闪耀光栅的Littman-Metcalf结构用于半导体激光器,可很大程度的改善半导体激光器的综合性能。该研究有利于推动其在提升光频域反射仪测量精度方向的应用。

外腔可调谐半导体激光器的输出特性(特邀)

报道了采用Littman-Metcalf结构形式,利用宽增益谱半导体激光器作为内腔种子源,闪耀光栅和调谐反射镜构成外腔反馈单元,实现了波长可调谐范围覆盖1479.96~1599.96 nm的无跳模、高精度(±1.38 pm)、高边模抑制比(84.34 d B)以及高稳定性(功率:±0.00883 dB/1h,波长:±0.25 pm/1h)输出的实验结果。该外腔可调谐半导体激光器的有效腔长约为50 mm,输出最大功率为15.19 dBm,输出最小光谱线宽为18.89 kHz。该研究有利于推动新型超高分辨率光谱分析系统的研究,为其提供自主可控的激光信号产生源。

基于光学参量振荡器的可调谐红外激光的强度噪声特性

红外激光光源在微量气体、高分辨率光谱分析和量子光学研究等领域具有重要的应用.本文利用锁定单共振光学参量振荡器内腔标准具的方案获得了无跳模连续调谐的红外激光输出,理论和实验研究了红外激光的强度噪声特性,分析了影响强度噪声的因素.通过控制非线性晶体的温度和标准具调制信号实现了对红外激光强度噪声的抑制.当控制非线性晶体工作温度为60℃,内腔标准具调制信号为8 kHz时,单共振光学参量振荡器输出信号光和闲置光的强度噪声分别降低了11和8 dB.

采用同步调谐方法的Littman型可调谐半导体激光器

针对采用无镀膜激光二极管的外腔可调谐半导体激光器的跳模现象难以控制的问题,研制了一种采用无镀膜的激光二极管的Littman型外腔可调谐半导体激光器。该激光器通过星型柔性铰链调节反射棱镜的角度,采用带有柔性结构的光栅座调整光栅位置与角度,用粗调与细调旋钮改变激光二极管后端面的位置,利用同步调节激光二极管的注入电流与压电陶瓷驱动电压的方法,通过实验估计确定了激光二极管注入电流与压电陶瓷扫描电压同步调谐比例系数,实现了激光器内外腔纵模同步跟踪,有效避免了跳模的产生。实验结果表明,所研制的Littman型外腔可调谐半导体激光器单纯依靠压电陶瓷电压调谐和二极管注入电流调谐仅能实现约18GHz与60GHz的无跳模调谐,而采用同步调谐的方法实现了105GHz的连续无跳模调谐,频率调谐的扫描频率为20Hz,满足了激光光频扫描干涉测距的应用要求。

外腔调谐源的无跳模纵向允许误差研究(特邀)

外腔可调谐半导体激光器在光纤传感、冷原子物理和激光雷达等领域有着广泛的应用前景。为了得到大的无跳模调谐范围,需要对激光器的腔长、光栅参数、各个元件的几何位置以及转动点的位置进行严格的设计。通过构建Littman型可调谐激光源无跳模纵向允许误差范围的数学模型,深入分析了转轴点到压电陶瓷电机运动轴线的距离、转轴点到闪耀光栅衍射点的距离、光栅安装角度和光栅刻线密度对无跳模纵向允许误差范围的影响。分析结果表明,合理选择各个参数可有效避免激光输出光束的跳模。

紧凑坚固Littman-Metcalf型可调谐外腔半导体激光器

构建了一种基于Littman-Metcalf结构的外腔半导体激光器。该激光器采用基于星形柔性铰链转动机制的紧凑型设计,并利用有限元分析的方法对其机械结构进行了分析及设计,转动臂实现了高达3.7kHz的基模共振频率。根据无跳模调谐条件对外腔设计进行了优化,提高了激光器的性能。该激光器为单纵模运转,工作波长约为780nm,无跳模调谐范围大于等于80GHz,且在无重新装调情况下可稳定工作一年以上,表明激光器具有良好的可靠性。同时该激光器可锁定在87 Rb(F=2→F′=2,3)吸收峰上,持续时间超过24h,其线宽为200kHz,温度稳定度为35MHz/℃,且稳频激光器的Allen方差在测量时间为3s时可达到3.5×10-11,24h内光功率波动小于0.75%,具有较高的稳定性。