体布拉格光栅外腔半导体激光器光谱特性研究

用体布拉格光栅(VBG)作为反馈元件与瓦级半导体激光器(LD)以及快轴准直柱透镜构成一个可以将半导体激光器的工作波长稳定在体布拉格光栅布拉格波长处的外腔激光器。测量了体布拉格光栅外腔激光器的波长稳定性与其工作电流、热汇温度、激光束准直装置等因素的关系。分析了波长稳定效果与半导体激光器增益谱特性、外腔结构参量等因素的关系。研究表明,在相同的工作电流、热汇温度下,当准直柱透镜直径为0.4 mm时的波长稳定效果较好;在此情况下,当热汇温度控制在30℃,工作电流从0.5 A增加到1.5 A的测量范围内,以及当工作电流固定在1.5 A,热汇温度从20℃增加到35℃时,测得的光谱特性表明,半导体激光器的工作波长可以很好地稳定在体布拉格光栅的布拉格波长处。与该激光器在同样条件下自由运转的光谱比较,可以看到,自由运转激射波长与体布拉格光栅的布拉格波长差值小于2.6 nm情况下,可以获得很好的波长稳定效果。实验也表明,当该值大于4.8 nm时波长稳定效果变差。     

双波长工作的光纤光栅外腔半导体激光器

本文利用多波长光纤布拉格光栅与端面镀有增透膜的半导体激光器管芯耦合形成外腔激光器。研究了不同光纤光栅布拉格波长间隔下,器件的工作性能。当光纤光栅波长间隔不同于管芯的FP腔模式间隔时,不能得到稳定的多波长输出。通过调整光纤栅的各个布拉格波长间隔,使之和半导体激光器FP模式间距相同时,得到了输出稳定的双波长激光。     

用于碱金属蒸汽激光器泵浦的窄线宽780 nm半导体激光源

780.0nm窄线宽、高功率半导体激光器对于发展Rb碱金属蒸汽激光器具有重要意义。为获得好的泵浦效果,泵浦光谱与碱金属蒸汽的吸收光谱需严格匹配,必须压窄半导体激光输出线宽,且稳定中心波长。反射式体布拉格光栅（RVBG）外腔反馈是目前实现窄光谱光源的主要方案之一。本文提出了快轴准直镜-光束变换器-慢轴准直镜-反射式体布拉格光栅（FAC-BTS-SAC-RVBG）的结构,压缩入射到RVBG的激光发散角,提高RVBG有效反馈率,相对于常规的\"FAC+SAC+RVBG\"结构,提升光谱锁定效果。基于\"FAC+BTS+SAC+RVBG\"结构,研制出780nm窄线宽激光器,连续功率达到47.2W,通过对RVBG精确温控,可将中心波长稳定在780.00nm。采用单模光纤探测,光谱宽度为0.064nm（FWHM）,温漂系数为0.0012nm/℃,电流漂移系数为0.0013nm/A,可用于Rb碱金属蒸汽激光器泵浦。     

795 nm大功率外腔半导体激光器的研究

采用超极化惰性气体的磁共振成像技术可大大提高肺部影像成像质量,其中自旋交换光泵作为超极化惰性气体的关键,通常是对碱金属铷进行泵浦,为获得较好的泵浦效率,要求泵浦源具有窄光谱宽度和高功率的特点。针对这一需求,提出以体布拉格光栅（VBG）作为外腔反馈元件的795 nm窄谱宽外腔半导体激光器设计,并对VBG的外腔锁模稳定性进行了分析讨论,最终实现了功率为6.36 W,谱宽低至0.036 nm的795.245 nm单管外腔激光输出,为实现大功率的单管外腔半导体激光器奠定基础。     

980nm单模运转未镀增透膜光纤光栅激光器

提出了一种工艺简单的980nm未镀增透膜的光纤光栅外腔半导体激光器。首先从理论上分析了边模抑制比(SMSR)与激光二极管前表面反射率R2、外腔长Lext和激光二极管一光纤耦合效率之间的关系,得出边模抑制比随R2和Lext的增大而减小,而随着激光二极管一光纤的耦合效率的提高而增大。从计算结果中还可以看出,即使半导体激光器不镀增透膜(R2=0．3时)。在其它参量合适的情况下,边模抑制比仍可大于40dB。然后,对其进行实验验证。在半导体激光器未镀模的情况下,选择光纤光栅发射率为0．5,外腔长为12．5cm,输人电流为28．8mA(约为阈值电流的2．4倍)时,通过仔细调节恒温、恒流电路,实现了边模抑制比高于40dB的稳定的单纵模输出,外腔激光器的线宽优于1．6MHz。     

高边模抑制比窄线宽的光纤光栅外腔半导体激光器

本文从耦合腔理论出发分析了光纤光栅外腔半导体激光器的模式选择,得到了为达到稳定的高主边模抑制比所需的短外腔、短光纤光栅的器件设计原则.制作了两只光纤光栅外腔半导体激光器,     

改善外腔半导体激光器调谐特性的新方法

基于原有的Littman结构外腔半导体激光器,提出采用一种新的光学方法来实现波长调谐。该方法采用了包含一个旋转楔形棱镜的“光杠杆”系统来降低调谐的机械要求,提高波长选择精度。通过选择不同的楔形棱镜顶角和光线入射角,机械要求可以降低1～2个数量级,波长选择精度也得到相同量级的提高。该方法使Littman结构外腔半导体激光器的调谐特性得到极大的改善,并大大降低了震动的敏感性。     

半导体激光器波长稳定系统的反馈效率

反射式体布拉格光栅(VBG)是改善半导体激光器(DL)输出光谱特性的首选器件。对快轴准直透镜(FAC)的非球面方程进行了数值拟合,采用光线追迹的方法建立了DL波长稳定系统反馈效率的计算模型,分析了FAC透镜、反射式VBG的空间位置和旋转角度变化对DL波长稳定系统反馈效率的影响,给出了波长稳定系统中FAC和反射式VBG的装调容差范围。分析结果表明:反射式VBG的空间位置偏差对反馈效率影响不大,但FAC透镜的空间位置和旋转角度偏差、反射式VBG的旋转角度偏差会造成反馈效率的急剧下降。     

半导体激光器波长稳定系统的反馈效率

反射式体布拉格光栅(VBG)是改善半导体激光器(DL)输出光谱特性的首选器件。对快轴准直透镜(FAC)的非球面方程进行了数值拟合,采用光线追迹的方法建立了DL波长稳定系统反馈效率的计算模型,分析了FAC透镜、反射式VBG的空间位置和旋转角度变化对DL波长稳定系统反馈效率的影响,给出了波长稳定系统中FAC和反射式VBG的装调容差范围。分析结果表明：反射式VBG的空间位置偏差对反馈效率影响不大,但FAC透镜的空间位置和旋转角度偏差、反射式VBG的旋转角度偏差会造成反馈效率的急剧下降。     

编码式光纤光栅传感阵列解调方案的论证

介绍了编码式光栅传感阵列的结构及其传感信号的特点。采用梳状结构对编码式光纤光栅传感阵列进行解调,利用被测光谱通过阵列波导光栅不同通道时输出的不同光强的比值确定被测光的波长。该文分别从理想状态和存在背景反射的状态论证了本文提出的方案的可行性,分析了噪声引起的误差。该系统不但适合于解调大容量的波长信息,而且在解调时不存在任何机械移动部分便可以快速、同时测量多个波长。     

高功率二极管激光阵列输出光谱特性的改善

采用体布拉格光栅（VBG）外腔来压窄并稳定二极管激光阵列（DLA）输出光束的频谱。实验结果表明：在VBG波长锁定前后,DLA输出光束的光谱宽度由1.7 nm减小到0.4 nm,压窄的光谱不随注入电流的增大发生明显变化,不随热沉的温度升高而明显漂移。VBG波长锁定后在注入电流为35 A时,输出功率为15.12 W,功率损耗约2%。     

强反馈光纤光栅外腔半导体激光器

在理论上对强外腔反馈情形的半导体激光器线宽压窄效应进行了分析，对消反膜剩余反射率，外腔反射率，外腔腔长对线宽压缩的影响进行了研究，在实验上采用光纤光栅作为反馈元件，与一端镀有消反膜的１．５μｍ波段的常规多纵模交导体激光器耦合，构成强反馈光纤光栅外腔半导体激光器，得到单频窄线宽的激光输出，静态下边模抑制比大于３０ｄＢ，线宽小于１２０ｋＨｚ。     

相位修正的耦合模理论用于计算光纤Bragg光栅法布里-珀罗腔透射谱

基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响,分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移,用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数,对传统耦合模理论进行了修正,增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算,可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响,与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性.关键词：光纤Bragg 光栅法布里-珀罗腔耦合模理论     

FBG温度传感器增敏封装技术及实验研究

介绍了FBG(光纤布拉格光栅)温度传感器测温的基本原理和封装方法,提出一种新型的FBG温度传感器的封装技术,包括封装结构的设计及封装材料的合理选择,目的是提高FBG的温度敏感系数和消除应力的交叉影响。通过对裸光纤和封装后FBG温度传感器的温度特性、应力影响等进行对比实验研究,在5℃至90℃温度范围对FBG的反射波长进行了测量,结果表明:采用此法封装后的FBG温度传感器对温度具有很好的线性度和重复性,基本上消除了应力的影响,可以准确监测温度,测温范围为-15℃~200℃,精度达到±0.05℃。     

基于波分耦合器的光纤布拉格光栅传感器

为了实现对光纤布拉格光栅传感器的波长解调,使用普通的光纤波分耦合作为波长鉴别器件,将波长的变化转变成光强的变化,并用双路差动放大去除光源强度变化和外界干扰的影响。使用发光二极管(LED)作为光源以降低系统成本,因此使用调制光源和交流放大器对信号进行处理。实验达到约10με的应变测量分辨力和0．2℃的温度测量分辨力。是目前最廉价的光纤布拉格光栅传感器之一。     

非对称熔锥法制作光纤光栅辅助耦合器型上下话路滤波器

通过在失配光纤消逝场间的耦合作用中引入光栅调制扰动效应,推导出用于解释光栅辅助耦合器响应特征的耦合模方程,在此基础上全面分析了两光纤间的失配度对上下话路滤波性能的影响.采用非对称熔融预拉锥工艺,调整光纤的结构参数,制成了性能良好的光栅辅助耦合器,实验测试结果与理论计算符合得很好.关键词：光纤光栅光纤耦合器上下话路滤波器熔融预拉锥     

利用全光纤干涉解调技术的光纤光栅复用传感系统

提出了一种用于光纤光栅传感波长检测的新方法。系统采用全光纤Mach Zehnder干涉仪,运用动态的自参考相位检测方式,结合微机实时处理技术,实现了对三点复用传感器的高分辨率(0.99pm)解调,单点测量范围达3.32nm。系统结构简单、成本低,可以同时检测静态和低频动态信号。     

一种基于光纤光栅F-P腔的低频振动传感器

A sensor solution for weak vibration based on Fiber Bragg Grating Fabry-Perot (F-P) cavity is designed and experimentally demonstrated, in which a laser with single-frequency is used as the light source. The F-P cavity is affixed to the cantilever structure of even distribution of strain along the axis and the pair of fiber Bragg gratings as the cavity reflectors is placed freely. The vibration spreading to fiber grating F-P cavity through the cantilever beam vibration, causes changes in cavity length, thus changing the reflective light intensity of fiber grating F-P cavity. Theoretical Analysis indicates that, the amplitudes and frequencies of vibration can be measured by demodulating the peaks and frequencies of the signal. The experimental results of measuring artificial vibration simulated with PZT agree with the theory well. This sensor has high measuring accuracy and can be used for detecting weak vibration.