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。     

Talbot外腔压窄线阵大功率半导体激光器输出谱宽

线阵半导体激光器（LDA）内部发光元周期排列,基于Talbot效应,改进传统Littrow外腔窄线宽系统,在Littrow外腔中置入反射率为20%平平镜构成Talbot外腔以进一步窄化激光器输出谱宽,并将外腔窄线宽输出通过铷池进行吸收实验。实验结果表明:铷池对Tablot外腔输出吸收系数比Littrow外腔吸收系数相对提高42.9%,说明Talbot外腔能有效提高外腔输出谱宽的均匀性,提高半导体激光器泵浦效率。     

MGTI型不等带宽interleaver的输出光谱特性分析

用两面镜级联的GT腔代替Michelson干涉仪的两面全反射镜,通过MGTI中的GT腔镜面反射率、腔长、干涉仪臂长差等结构参量的选择,得出了宽口和窄口输出谱3 dB处带宽比分别为1.69、1.83、2.13和2.14的四组不等带宽、隔离度高、通带平坦且周期不等的输出光谱,并系统分析了这些结构参量对输出光谱特性的影响.模拟结果表明:可用此类MGTI结构设计出不同带宽比的不等带宽interleaver;输出光谱的平坦特性由GT腔镜面反射率决定,镜面反射率主要影响输出谱的通带带宽与隔离度,且对两者的影响程度不同;选择适当的GT腔腔长和臂长差可得到不同的光谱周期.     

MGTI型不等带宽interleaver的输出光谱特性分析

用两面镜级联的GT腔代替Michelson干涉仪的两面全反射镜,通过MGTI中的GT腔镜面反射率、腔长、干涉仪臂长差等结构参量的选择,得出了宽口和窄口输出谱3 dB处带宽比分别为1.69、1.83、2.13和2.14的四组不等带宽、隔离度高、通带平坦且周期不等的输出光谱,并系统分析了这些结构参量对输出光谱特性的影响.模拟结果表明：可用此类MGTI结构设计出不同带宽比的不等带宽interleaver;输出光谱的平坦特性由GT腔镜面反射率决定,镜面反射率主要影响输出谱的通带带宽与隔离度,且对两者的影响程度不同;选择适当的GT腔腔长和臂长差可得到不同的光谱周期.     

XeF激光光谱研究

利用两种腔镜组合对XeF激光光谱进行了研究。在同一实验条件下,可同时获得B—X和C—A两种跃迁的激光输出,XeF(B—X)激光比XeF(C—A)激光早800 ns形成。详细研究了XeF_2初始分子数浓度对XeF激光光谱的影响,结果表明,低XeF_2分子数浓度条件不利于XeF(B—X)激光形成,随着XeF_2分子数浓度增高,B—X跃迁光谱呈现出多条分立谱线的特征。给出了两种腔镜组合条件下XeF(C—A)激光光谱,XeF(C—A)激光光谱特征是宽带连续谱,在光谱中可观察到Xe原子的吸收线。选用合适的腔镜组合可实现XeF(C—A)激光的窄带输出,带宽约为7 nm。     

三种半导体阵列光谱组束结构的输出特性

基于光谱光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,并通过加入光束整形系统,将标准的半导体激光阵列的发光单元锁定在窄线宽的不同波长上,以近似平行光束沿组合方向输出,以实现半导体激光阵列输出光束质量的改善和线宽的压窄。实验中采用发光单元宽度100μm,周期500μm,由19个单元构成的标准阵列,分别对快、慢轴准直后光谱组束、光束整形后光谱组束和线宽压窄外腔组束进行了实验验证,实现了组合光束与单个发光单元近似的光束质量,同时得到了较窄的线宽输出,并对实验结果进行了分析。     

一种大功率窄脉冲半导体激光器测试台的研制

大功率窄脉冲半导体激光器主要光电性能参数为:输出峰值光功率、阈值电流、正向电压、上升时间、峰值波长、光谱半宽、半强度角.根据激光制导系统对大功率窄脉冲激光器参数的特殊测试要求,研制一种大功率窄脉冲激光器测试平台,将小型化大功率激励器功放模块、大范围可调DC-DC模块、信号源板、激光器座、光学准直镜集成在一个平台上,与峰值功率计、光谱仪、CCD摄像机等仪器配合,可测出大功率窄脉冲激光器的峰值功率、峰值波长及波长随温度变化的漂移特性、发光芯均匀性等参数.介绍了大功率窄脉冲激光器测试台的特点,并对测试结果作了论述.     

窄线宽全光纤环形滤波器特性研究

设计了两种用于单纵模光纤激光器的窄线宽全光纤环滤波器,其由超低反光纤光栅和1个(或2个)2×2光纤耦合器构成。从理论上推导出两种滤波器的反射率表达式,并且对其反射率、窄线宽和群时延特性进行了详细的数值分析和实验验证。研究结果表明:由超低反光纤光栅和光纤耦合器构成的单环滤波器具有高反射率、超窄线宽和大群时延特性,表现出良好的慢光效应。双环滤波器除了保持了以上良好特性,还因游标效应,共振幅度可调,相对单环滤波器,具有更大的有效自由光谱范围(FSR)、更大的边模抑制比(SMSR)以及不易跳模等特点。所研究的光纤环形滤波器具有窄线宽、结构紧凑和低成本等优点,可用作光纤激光器的反射腔镜来进一步压窄激光器线宽,尤其是当双环滤波器用作腔镜时,激光器的线宽更窄,模式更稳定。     

顶部反射镜对GaN基共振腔发光二极管性能的影响研究

本文在Ga N基共振腔发光二极管(RCLED)顶部设计制备了高反膜结构分布式布拉格反射镜(DBR)和滤波器结构DBR,对比分析了两种反射镜的反射率曲线特征以及对应的RCLED器件的光输出纵模模式、光谱线宽和输出光强等性能差异,详细研究了顶部反射镜的光反射特性对RCLED器件输出光谱性能的影响机理.研究结果表明,顶部反射镜是RCLED的重要组成部分,其反射率曲线特征决定器件的光输出性能.常规高反膜结构DBR顶部反射镜的反射率曲线具有较宽的高反射带,将其作为顶部反射镜可有效压窄RCLED发光纵模线宽,但是发光光谱仍呈现多纵模光输出特征.滤波器结构DBR顶部反射镜的反射率曲线在中心波长处具有较窄的透光凹带,利用透光凹带对输出光的调制作用,器件可实现单纵模光输出,在光通信、光纤传感等领域展示了广阔的应用前景.通过进一步设计RCLED顶部反射镜结构,可以改变其反射率曲线特性,进而优化RCLED器件的输出光谱特性,以满足器件在多个领域的应用需求.     

基于外腔反馈二极管线阵列的smile效应测量方法

采用外建激光谐振腔,在低于原芯片阈值的电流激励下对LDA的每个发光点进行单独测量,从而分析整个半导体激光阵列(LDA)的smile效应。实验中利用镀膜反射率大于半导体前腔面的外腔镜形成外腔半导体激光器。在外腔中插入曲面平行于p-n结的柱面镜,使只在光轴上的发光点与外腔镜形成外腔激光器,降低该发光点的激光阈值,从而使其在正常的阈值以下的电流激励下输出激光,在平行于p-n结的方向移动柱面镜,可以逐个对半导体激光器中的发光点进行选择测量,从而获得LDA smile效应的测量值。测量中的低电流激励产生的热量对芯片寿命没有影响,对LDA的发光点的单个测量也避免了其他发光点对CCD的影响。     

808 nm激光二极管阵列波长光束组合20 W输出

 基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将激光二极管阵列(LDA)发光单元锁定在不同的波长上,以近似平行光束沿光栅的-1级衍射方向组合输出,改善LDA输出光束质量。实验采用发光单元宽度为100 μm、周期为500 μm,由19个单元构成的1 cm普通商用LDA,在连续运行最大注入电流60.6 A时,自由运转输出功率49.8 W时,获得功率为20.1 W的组合光束稳定输出,其光谱宽度为15 nm,对应的远场发散角由约70 mrad变为1.66 mrad,改善后光束质量因子约为32,其值与单个发光单元的光束质量相当。     

采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量

 基于多波长光束组合技术，利用光栅的衍射和外腔的反馈，将二极管阵列的发光单元锁定在不同的波长上，相邻单元的出射光波长有微小的差异。从外腔耦合镜输出近似平行的光束，其光束质量等同于单个发光单元的光束质量,而组合光束亮度随着组合光束个数定标放大。实验中采用发光单元宽度为100 μm、填充因子为0.5、由49个单元构成的1 cm 阵列获得功率为2.39 W的输出光束，其光谱宽度为27 nm，远场光斑的直径为0.08 mm，对应的远场发散角为1.2 mrad，其光束质量因子约为28，与单个发光单元的光束质量相当。     

Line-Width Reduction of a Laser Diode Array Using an External Cavity with Two Feedback Mirrors

A novel Littman-Metcalf external cavity laser diode array with two feedback mirrors is introduced. The linewidth broadening effect caused by smile can be reduced by the novel external cavity. At the drive current of 16A, the line-width is narrowed to 0.1 nm from free-running width of 1.6 nm with output efficiency of 84%.     

A mirror based on stimulated brillouin scattering with a double feedback loop in a laser cavity

The possibility of switching an external mirror based on stimulated Brillouin scattering (SBS) with a double feedback loop to a laser cavity is shown experimentally. A significant increase in the output laser power is obtained with conservation of the diffraction quality of the initial radiation. Experimental comparison with an ordinary SBS mirror, excited in a single pass through a nonlinear medium, is performed and the advantage in the energy parameters of the scheme with a double feedback loop is shown. The threshold characteristics of the SBS mirror under study are calculated and good agreement with the experimental data is obtained.     

Frequency stabilization and output power undulations of diode lasers with feedback by volume holographic gratings

The mode-hop behavior and the power characteristics of a laser diode with wavelength-selective optical feedback are experimentally investigated. The feedback is provided by external volume holographic gratings, also called ‘Bragg mirrors’, at normal incidence. We demonstrate that a Bragg mirror forces a laser diode to operate only within a narrow wavelength range, and that the emission wavelength of the laser diode is stabilized against variations of the injection current. Moreover, we present periodic undulations of the power characteristics of the laser, depending on the driving current. They can be qualitatively explained with a simple model which takes into account that the threshold gain in the laser system strongly depends on the wavelength.     

基于组合模理论设计的激光二极管阵列外腔

针对激光二极管阵列提出了"组合模"概念,计算了组合模的远场分布.每个组合模在远场的空间分布呈双瓣结构.基于激光二极管阵列组合模的远场分布特征,设计了离轴外腔反馈的激光二极管阵列.运用此装置所获得激光二极管阵列的远场分布有了明显变化.与自由运转的激光二极管阵列相比,离轴外腔反馈的激光二极管阵列远场宽度减少了4.3倍.在抽运电流为16 A时,测得输出激光的功率1.82 W,这相当于相同电流下自由运转激光器输出功率的79%.组合模理论不仅可以用来指导设计一维离轴外腔反馈激光二极管阵列,而且也可以用于设计二维离轴外腔反馈激光二极管阵列.二维离轴外腔反馈激光二极管阵列可以产生高功率,高光束质量输出的激光.     

窄线宽、高光束质量的外腔双反馈激光二极管阵列(英文)

设计了一种离轴双反馈外腔能够有效地改善激光二极管阵列的线宽和光束质量。闪耀光栅和高反镜之间形成了一个共振腔。通过调整光栅和高反镜之间的倾角可以选定一个空间模在共振腔中放大。将一个半波片插入外腔中的光栅反馈支路,来控制反馈光的数量,激光从光栅反馈支路输出。运用这项技术,在工作电流16 A,可以把激光二极管阵列的输出线宽压缩到0.15 nm,光束束宽积减小到283 mm.mrad。由于光栅的锁定作用,中心波长几乎不随温度的变化而改变。在工作电流17A时,输出激光的功率为2.44 W,斜率效率为0.5 W/A。     

Spectral properties of edge-emitting semiconductor laser subject to optical feedback from extremely short external cavity

We experimentally and theoretically study the impact of optical feedback from an extremely short external cavity (tens of μm) on the spectral behavior of edge emitting lasers (EELs). We are able to investigate a broad range of external cavity lengths and feedback strengths, by using a nanometer precision movable mirror attached to a fiber facet. A discrete modulation of the wavelength of operation is observed and its amplitude depends on the external cavity length and the external mirror reflectivity. We show that it is possible to optimize the tuning range of such a discrete wavelength tunable laser with respect to the external cavity and laser parameters.     

用于高分辨率光谱研究的窄线宽半导体激光器及其特性研究

报道了一种新型结构的弱反馈外腔半导体激光器，利用此结构将煌激光线宽压窄至５００ｋＨｚ以下。这种激光器可用于高分辨率激光光谱，磁光阱囚禁和原子和原子喷泉量子频标等方面。另外还从理论上研究了其线宽，电调率等物理参量间的关系，得出了有用的关系式，并通过实验对此作了验证。