微腔半导体激光器的两种新调制方法

本文提出微腔半导体激光器的两种新调制方法:自发发射寿命调制和光子寿命调制。小信号近似分析的数值模拟结果表明,这两种调制方法的调制带宽大于同参数下的电流调制的带宽。     

基于XGM的SOA波长变换器噪音特性分析及优化设计

利用动态载流子恢复时间可以精确模拟基于交叉增益调制的SOA全光波长变换器的饱和增益效应,本文将SOA分段ASE噪音功率和分段动态模型结合,得到沿长度分布的ASE噪音功率,并讨论了偏置电流、泵浦光和探测光的波长、功率、SOA长度对消光比和信噪比的影响理论计算结果表明,大的偏置电流有利于提高消光比和信噪比;对于一定的输入波长,相对较大的泵浦光和相对较小的探测光变换效果好;SOA的长度存在最佳值.     

直接扣除法测量半导体光放大器频率响应

在光电子器件散射参量定义的基础上建立了基于直接扣除法的半导体光放大器频率响应测量系统,测量中通过扣除激光器和探测器系统的频率响应,得到放大器固有的频率响应。对InGaAsP体材料行波腔半导体光放大器样品进行了测量,得到了放大器在不同注入光功率和不同偏置电流下的频率响应曲线。这些曲线很好地反应了半导体光放大器的增益饱和和噪声特性,进一步分析发现半导体光放大器对低频调制信号的放大能力弱于对高频信号的放大能力,分析认为其原因在于半导体光放大器的载流子寿命有限导致低频信号长时间消耗载流子时,载流子数量无法及时恢复,从而使得增益降低。     

星间微波光子链路调制方式的优化

针对外调制星间微波光子链路输出信噪比优化问题,建立了基于双电极马赫 曾德尔调制器的强度调制直接探测星间微波光子链路模型,通过优化调制器调制方式来提高链路性能。用数值模拟方法得到了单边带、双边带和推挽式3种调制方式下链路输出信噪比,利用曲面投影法求得了最优调制方式时一定信噪比要求下发射端所需最小光放大器增益和对应的调制器直流偏置相位。结果表明:相同输入射频信号功率和发射光功率情况下,双边带调制输出信噪比比单边带调制高3 dB,低直流偏置相位推挽调制可以进一步优化输出信噪比。输入射频信号功率为-20 dBm,输出信噪比为17.3 dB时,所需最小光放大器增益为43.9 dB,对应的直流偏置相位为0.87。     

含负折射率介质的一维光子晶体构成的相干热辐射源的辐射特性及控制

电子清刷是微通道板生产流程中常用的除气方法,会引起微通道板其他性能参量的变化.为研究电子清刷对微通道板输出信噪比及增益的影响,根据信噪比及增益的定义讨论了微通道板性能参量的测试方法,研制了微通道板参量测试系统.应用微通道板参量测试系统对微通道板进行了电子清刷处理,测试清刷过程中不同阶段微通道板的信噪比及增益变化.实验表明:微通道板增益随清刷时间增加而降低,同时增益稳定性提高;电子清刷过程中微通道板的输出信号及噪音的变化率与微通道板增益的变化率基本相同,输出信噪比基本不变.增益变化是影响清刷过程中信号及噪音变化的主要因素,并且电子清刷对微通道板输出信噪比影响较小.     

电子清刷对微通道板增益及输出信噪比的影响

电子清刷是微通道板生产流程中常用的除气方法,会引起微通道板其他性能参量的变化.为研究电子清刷对微通道板输出信噪比及增益的影响,根据信噪比及增益的定义讨论了微通道板性能参量的测试方法,研制了微通道板参量测试系统.应用微通道板参量测试系统对微通道板进行了电子清刷处理,测试清刷过程中不同阶段微通道板的信噪比及增益变化.实验表明:微通道板增益随清刷时间增加而降低,同时增益稳定性提高;电子清刷过程中微通道板的输出信号及噪音的变化率与微通道板增益的变化率基本相同,输出信噪比基本不变.增益变化是影响清刷过程中信号及噪音变化的主要因素,并且电子清刷对微通道板输出信噪比影响较小.     

多量子阱半导体激光器的交叉增益调制波长转换特性

实验利用光注入多量子陆半导体激光器产生的载流子消耗和带间载流子吸收产生的交叉增益调制效,实现波长转换，转换光的光强变化幅度与偏置电流有关。通过调节偏置电流的大小，能使转换光与注入信号光在同向和反向间进行切换。     

用半导体环形激光器产生混沌信号

提出了一种由一个分布式反馈激光器为主激光器和一个半导体环形激光器为从激光器组成的主从式激光混沌系统方案,主激光器产生的光单向注入到从激光器中,通过调整注入系数、主从激光器的失谐频率和从激光器的偏置电流,使从激光器工作在混沌状态,输出混沌信号。从基于光注入条件下的环形激光器的速率方程组入手,数值模拟了主从激光器的失谐频率、注入系数和从激光器的偏置电流3个工作参量对从激光器输出动态的影响。研究表明:外光注入条件下,半导体环形激光器可以产生混沌信号。通过分析得出:当失谐频率为3.9 GHz、注入系数为0.07、偏置电流为81 mA时,环形激光器可以产生功率谱平坦、带宽较宽的高质量混沌信号。     

高速调制响应垂直腔面发射激光器中的微腔效应

应用微腔物理和量子阱物理，计算了量子阱垂直腔面发射激光器的自发发射谱和自发发射寿命，通过对半导体激光器传输函数的研究，发现缩短自发发射寿命是垂直腔面发射激光器实现高速调制响应的主要原因.     

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率|但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了信号的谱宽,并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10 GHz速率下的结果,通过泵浦光的相位调制在0.5 W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19 ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.     

基于线性光放大器的交叉相位调制波长转换啁啾特性研究

建立了基于线性光放大器(LOA)的交叉相位调制波长转换模型,模型考虑了纵向载流子密度变化引起的有源区折射率的改变、端面反射、相位调制、放大的自发辐射噪声和横向垂直光场(VCL)的增益钳制作用。利用分段方法模拟计算了布拉格反射镜的反射率、偏置电流、信号光和探测光的功率和波长、信号速率与转换后信号啁啾的关系。结果表明:LOA具有增益钳制作用,能提高转换后信号的性能;增大布拉格反射镜的反射率可以降低转换后信号的啁啾;合理控制输入信号光和探测光的强度,调整干涉仪两臂LOA偏置电流的强度,可以获得啁啾较小的转换信号。     

Effect of spontaneous frequency fluctuations on the emission line of a semiconductor laser with pseudorandom modulation of the pump current

The effect of random frequency fluctuations due to spontaneous emission and generation-recombination noise on the shape of the emission line of a semiconductor laser with pseudorandom modulation of the pump current is studied numerically. The roles of spontaneous emission and chirp modulation in forming the lasing spectrum are separated out. The dependence of the output spectral characteristics of the laser on the parameters and type of modulation is analyzed.     

Stochastic resonance of bias signal-modulated noise in a single-mode laser＊

Stochastic resonance (SR) for bias signal modulation is studied in a single-mode laser system. By investigating a gain-noise model driven by correlated pump noise and quantum noise, we find that, whether the correlation coefficient between both the noises is positive or negative, SR always appears in the dependence of signal-to-noise ratio (SNR) upon the noise correlation time and the frequency of the modulation signal. However, only when the correlation coefficient between both noises is negative can SR occur in the dependence of SNR upon the quantum noise intensity and pump noise intensity, while when the correlation coefficient between both noises is positive, it shows monotonically.     

锶原子互组跃迁荧光探测系统的研制

锶原子单态和三重态间的互组跃迁(5s2)1S0-(5s5p)3P1辐射率远小于一般的电偶极跃迁,共振跃迁荧光信号微弱。介绍了一种应用于探测该互组跃迁荧光谱的直流偏置探测器。该探测器选用极低输入偏置电流运算放大器作为前置放大,具有信噪比高、增益高、偏置可调等优点。此探测器探测增益为106 V/W量级,-3dB带宽为1MHz。实验中利用该探测器对锶原子互组跃迁(5s2)1S0-(5s5p)3P1微弱共振荧光进行探测,获得信噪比很好的共振荧光谱,且无直流偏置,并由此获得高信噪比的鉴频曲线。应用该探测器观测到了饱和荧光谱线以及对应的鉴频曲线,可用于689nm激光锁频,应用于锶光钟系统。     

自发辐射对量子级联激光器发光噪声的影响

为得到量子级联激光器特有的光噪声特性,通过在速率方程中引入Langevin噪声源以及自发辐射因子的方法,在单模与线性增益的情况下讨论了自发辐射因子及与偏置电流等参数与光噪声的强度及带宽等特性之间的关系,计算结果表明,增大自发辐射因子能降低光噪声的强度,增宽光噪声的3-dB截止频率,进一步的研究也表明,自发辐射因子对光噪声的影响与激光器的偏置电流有密切关系,这种影响在偏置电流较小时比较明显,但当偏置电流很大时自发辐射因子对光噪声的影响将变得很弱。     

Stochastic resonance in single-mode semiconductor lasers

Owing to the considerable virtues of semiconductor lasers for applications, they have become the main optical source for fiber communication systems recently. The behavior of stochastic resonance (SR) in direct-modulated semiconductor laser systems is investigated in this article. Considering the carrier and photon noises and the cross-correlation between the two noises, the power spectrum of the photon density and the signal-to-noise ratio (SNR) of the modulated laser system were calculated using the linear approximation method. We found that the SR always appears in the dependence of the SNR upon the bias current density, and is strongly affected by the cross-correlation coefficient of the carrier and photon noises, the frequency of modulation signal and the photon lifetime in the laser cavity. Hence, it is promising to use the SR mechanism to enhance the SNR of direct-modulated semiconductor laser systems and improve the quality of optical communication.     

Optically Injection‐Locked Mid‐IR Quantum‐Cascade Lasers: The Output‐Power–Modulation‐Bandwidth–Noise Trilogy

A comprehensive study on the output power, the modulation response, and the relative intensity noise (RIN) behavior of an optically injection‐locked mid‐infrared quantum‐cascade laser reveals that the modulation bandwidth and the output power are enhanced in the stable locking range, while the RIN of the slave laser is a superposition of the master and slave noise sources. Since the RIN level of the master laser can even take the lead, a design procedure is introduced to improve the main characteristics of a free‐running laser, including the RIN, the photon lifetime, the modulation bandwidth, and the bias current, using facet reflectivity tailoring. A figure of merit is defined and the RIN reduction of about 20 dB Hz^?1 is obtained for very low injection powers compared with the injection‐locked system before the design of master laser.