半导体光放大器亚皮秒量级超快动态特性的研究

通过考虑脉冲频谱的增益色散，提出了一个分析亚皮秒光脉冲在半导体光放大器(SOA)中传输的新思路.分别对超快光脉冲在时域和频域内进行离散化，建立了一个更为合理的传输数值模型.基于该模型，观察到了脉冲频谱的明显漂移，并探讨了漂移量与脉冲载波波长、脉冲能量、脉冲宽度、SOA长度和注入电流等外部条件之间的关系，从理论上解释了文献没有证实的实验结果.同时，基于交叉增益调制原理，利用双光束结构，描述了载流子加热、光谱烧孔效应和双光子吸收等非线性效应引起的增益压缩.理论分析的结果为改善SOA的动态特性提供了指导. 关键词： 半导体光放大器 超快非线性效应 增益色散性     

半导体激光器光束质量改善新技术综述

半导体激光器是一种重要的光电器件,其出射光束的质量改善在应用中具有十分重要的意义。介绍了采用折射原理的渐变折射率透镜光束改善系统,以反射原理为依据的高精度反射元件,以衍射理论为基础的二元系统和多原理结合的光束性能改善系统。对近期国内外出现的像散梯度渐变折射率透镜、液胞器件、独立反射元件等新技术进行了阐述。     

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300 nm ～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054 nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。     

Experimental study of actively mode-locked semiconductor laser with grating external cavity

In this paper,complete mode-locking optical pulses have been obtained froman actively mode-locked GaAs/GaAlAs semiconductor laser with grating external cavity.Theshortest optical pulse is 7.3 ps measured by second harmonic generation(SHG)autocorrelator.The repetition rate is 995.12 MHz and the central wavelength is 798.4 nm.The effect ofmodulation frequency,modulation current,and bias current on the optical pulses width areinvestigated.     

激光测距用半导体脉冲激光测头的研究

研究了激光测距用半导体脉冲激光测头。通过对基于脉冲激光测距原理的半导体脉冲激光器的参数测量分析,研究了半导体脉冲激光的发射和接收。通过优化光学镜头组合,对半导体激光分散光束进行了平行准直。通过开发脉冲激光驱动电路、光电探测接收放大电路和半导体脉冲激光测距实验装置,研制了满足中距离激光测距要求的半导体脉冲激光测头。     

半导体可饱和吸收镜作为被动锁模吸收体实现超短脉冲可见激光发展状况

介绍了当前国际上流行的一种用于固体激光器被动锁模以获得皮秒和飞秒宽度脉冲的新型半导体吸收体 半导体可饱和吸收镜的基本原理和制作方法。描述了利用半导体可饱和吸收镜和倍频晶体获得可见光超短脉冲激光方面的研究现状,指出半导体可饱和吸收镜的使用将会加速超短脉冲三基色激光器的研制进程。     

脉宽对超快激光平衡光学互相关测距影响的研究

采用基于平衡光学互相关的超快激光绝对距离测量方法对大气中一段15m的空间距离进行了测量。仿真了不同脉冲宽度、不同光强损耗对平衡互相关信号的影响,理论分析表明脉宽展宽对平衡互相关信号影响较大。采用中心波长为1037nm、重复频率为260MHz的超快激光器光源,搭建了测距系统。实验验证了在脉宽分别为1.44ps、132fs时,对平衡互相关信号的影响,实验结果符合理论分析。研究了不同脉冲宽度对测量分辨力的影响,结果显示,采样时间为5ms,脉宽为1.44ps,测量分辨力不低于50μm;而当脉宽为132fs时,测量分辨力优于5μm。     

中红外超快光纤激光器研究进展

中红外波段覆盖重要的分子吸收区与多个大气透射窗口,该波段的超快激光器在多个领域具有广泛应用。基于光纤的中红外超快激光器近年来在激光发射与传输、超快脉冲产生与应用等方面发展迅速,为中红外波段超快激光开辟了新的研究手段与应用领域。综述了近十年来中红外超快光纤激光器的发展概况,介绍了近年来中红外波段的激光传输与增益手段。其中,重点回顾了近年来中红外超快脉冲产生技术的研究进展及其代表性工作,包括非线性偏振旋转、可饱和吸收体以及频移反馈锁模技术。此外,还介绍了中红外超快脉冲的压缩放大技术与超连续谱产生应用。最后讨论并总结了中红外超快光纤激光器面临的挑战与可能的发展方向。

     

Effect of ballistic electrons on ultrafast thermomechanical responses of a thin metal film

The ultrafast thermomechanical coupling problem in a thin gold film irradiated by ultrashort laser pulses with different electron ballistic depths is investigated via the ultrafast thermoelasticity model. The solution of the problem is obtained by solving finite element governing equations. The comparison between the results of ultrafast thermomechanical coupling responses with different electron ballistic depths is made to show the ballistic electron effect. It is found that the ballistic electrons have a significant influence on the ultrafast thermomechanical coupling behaviors of the gold thin film and the best laser micromachining results can be achieved by choosing the specific laser technology(large or small ballistic range).In addition, the influence of simplification of the ultrashort laser pulse source on the results is studied, and it is found that the simplification has a great influence on the thermomechanical responses, which implies that care should be taken when the simplified form of the laser source term is applied as the Gaussian heat source.     

Synchronous Injection Locking Operation of Monolithic Diode Lasers Mode-Locked Diode Lasers

Synchronized mode-locking of monolithic mode-locked diode lasers has been demonstrated by injecting the light output from a master monolithic mode-locked diode laser. The master diode laser is a 10 GHZ hybridly mode-locked two section InGaASP quantum well laser. The slave lasers are a 10 GHz two section laser which is similar to the master laser, and a 20 GHz three section colliding pulse mode-locking laser. Both the slave lasers were greatly stabilized at 10 GHz frequency by a synchronous mode-locking mechanism under the injection of master laser pulses.     

Generation of GHz repeat rate hyperbolic secant nearly transform-limited pulses

The nearly transform-limited pulses are obtained by gain-switching techniquc and spectral window method. The pulse width are 20～26ps, the products of pulse width and spectral width are 0.32y～0.42, repetition rate can be as high as 4.0 GHz.     

光纤环形外腔半导体激光器频偏特性研究

本文给出了在环形光纤外腔光反馈之下半导体激光器频偏特性的小信号分析理论.分析表明,尤其在千兆赫以下的调制频段中,耦合腔相移、内外腔光耦合强度及内外腔光场相位失谐对频偏功率比均有显著影响.可望用作强度调制直接检测高速率、长距离光纤通信系统中的光源.     

快速关断半导体开关工作特性及实验研究北大核心CSCD

介绍了快速关断半导体开关(DSRD)的工作原理,研究了开关内部的物理过程,分析了系统参数对开关输出特性的影响,研究发现:基区材料的击穿阈值越高、载流子饱和漂移速度越大输出电压上升速率越快;基区高的电场击穿阈值或低的掺杂浓度会增加器件关断时间和最大工作电压;考虑各参数的影响,基于高击穿阈值的DSRD是实现快脉冲输出的理想器件;缩短正向泵浦时间可有效抑制预脉冲,当正向泵浦时间小于200 ns时,输出脉冲波形基本不变;为了获得理想的脉冲前沿,反向电流应在达到峰值时完成对注入电荷的抽取。设计了单前级开关的DSRD泵浦电路,研制了基于DSRD的快脉冲产生系统,输出脉冲前沿约4 ns,电压约8 kV,电压上升速率约2 kV/ns,满足FID开关器件对触发电压的要求。     

相干长度可连续调谐的半导体激光器

实验利用光反馈的方法获得了相干长度连续可调的半导体激光光源.通过调节反馈强度及抽运电流,有效控制了光反馈半导体激光器的相干长度.其相干长度可由无反馈时的几米连续调至100 μm.同时,利用光反馈半导体激光器速率方程,数值模拟了反馈强度及抽运电流对半导体激光器相干长度的影响.实验及数值模拟均表明：通过调节反馈强度的大小可以有效控制半导体激光器的相干长度,光反馈半导体激光器的相干长度随反馈强度的增大而减小,而偏置电流对相干长度无明显影响.模拟结果与实验结果符合. 关键词： 光反馈半导体激光器 相干长度 反馈 混沌     

Attosecond‐precision ultrafast photonics

We review our recent progress toward attosecond‐precision ultrafast photonics based on ultra‐low timing jitter optical pulse trains from mode‐locked lasers. In femtosecond mode‐locked lasers, the concentration of a large number of photons in an extremely short pulse duration enables the scaling of timing jitter into the attosecond regime. To characterize such jitter levels, we developed new attosecond‐resolution measurement techniques and show that standard fiber lasers can achieve sub‐fs high‐frequency jitter. By leveraging the ultra‐low jitter of free‐running mode‐locked lasers, we pursued high‐precision optical‐optical and optical‐microwave synchronization techniques. Optical signals spanning 1.5 octaves were synthesized by attosecond‐precision timing and phase synchronization of two independent mode‐locked lasers. High‐stability microwave signals were also synthesized from mode‐locked lasers with drift‐free sub‐10‐fs precision. We further demonstrated the attosecond‐precision distribution of optical pulse trains to remote locations via timing‐stabilized fiber links. Finally, the application of optical pulse trains for high‐resolution sampling and analog‐to‐digital conversion is discussed.     

电负反馈半导体激光器中网络截止频率的影响及改进方案

计算机模拟表明半导体激光器非理想调频响应对反馈网络低频截止频率f_c的限制,阻碍提高线宽压窄率.半经典理论分析表明,用双电极非均匀线宽展览因子半导体激光器不仅能压窄谱线而且可以取消对f_c的限制,大大提高线宽压窄率.本文提出了电负反馈半导体激光器的改进方案.     

New nonlinear dynamics in a semiconductor laser with optical self—feedback

We demonstrate a new kind of instability of the external cavity semiconductor laser,In some parameter regimes,the external cavity system will produce short and strong optical pulses in aperiodic intervals.This instability also shows low-frequency characteristics.     

半导体激光耦合新方法

提出了一种脱离国外模式的半导体激光耦合新方法,使用该方法既可以直接将半导体激光耦合成亮度均匀、光束参数积（BPP）值在两个方向相等的方形光斑,也可和光纤耦合得到一个圆形光斑,且只用球面镜和柱面镜两种光学元件,不需采用国外方法中用到的其它类型微光纤元件。将系统的出瞳作为光斑来解决亮度均匀分布问题;通过消除光源间隔对BPP值的影响来减小慢轴的BPP值;利用点光源的特点使快轴和慢轴的BPP值相等。采用该方法设计了各种要求和规格的半导体激光耦合光学系统,如本文设计实例中的参数为：巴条上的光源数为19个,巴条数为21个,故光源总数为399个。得到的方形光斑尺寸为0.6 mm×0.6 mm,NA值为0.22。此外,和直径为1 mm光纤耦合还得到了一圆形光斑。与国外方法比较,该方法结构简单,工艺要求低,更适用于高功率、低BPP值的半导体激光器。     

基于注入锁定法布里-珀罗激光器的光学双稳态及光存储研究

研究基于注入锁定法布里-珀罗激光器的全光双稳态效应及其在全光存储中的应用. 进行了法布里-珀罗激光器的注入锁定的实验研究, 对注入锁定的法布里-珀罗激光器的输出功率特性进行实验分析, 得到了不同注入光波长失谐量对迟滞曲线的门限宽度和消光比的影响. 进一步, 通过对控制信号功率的合理设置, 实现了对10 Gb/s输入信号的2.5 GHz光存储验证了利用注入锁定法布里-珀罗激光器实现高速全光存储的可行性, 在高速光纤通信领域具有极大的应用价值.     

半导体激光器混沌输出的延时特征和带宽

外腔延时特征和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量.本文将一个单路光反馈的半导体激光器输出的激光部分地注入到另一个双路滤波光反馈的半导体激光器中,从而构成一个具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统,即主从激光器系统,用于抑制混沌激光的延时特征并研究其带宽.数值研究了外光注入系数、反馈强度、抽运因子和滤波器带宽对系统输出混沌激光的延时特征的影响,然后将该系统对延时特征的抑制效果和具有外光注入的单路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的双路光反馈半导体激光器系统、具有外光注入的单路滤波光反馈半导体激光器系统以及无光注入双路滤波光反馈半导体激光器系统进行对比和分析,结果表明本文提出的方案对延时特征的抑制效果最好.然后在本文提出的具有外光注入的双路滤波光反馈半导体激光器系统中,延时特征被有效抑制的参数条件下研究系统输出混沌激光的带宽,结果表明,通过适当选择参数的取值,本文提出的方案可以提高系统输出混沌激光的带宽.