程控宽带连续调谐外腔半导体激光器特性分析

对宽带调谐外腔半导体激光器进行了理论及实验研究,分析了其最大调谐范围和连续调谐条件,为宽带可调谐激光器的设计提供了依据。完成了实用化的程控宽带连续调上腔激光器,该器件调谐范围超过７５ｎｍ,波长重复性精度为１ｎｍ,分辨率为０．０１ｎｍ。     

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。     

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。     

电光晶体调谐的外腔反馈半导体激光器

报道一种用电光晶体实现快速调谐和凋制激光频率的方法.在Littrow型外腔反馈半导体激光中插入LiNbO3晶体,利用LiNbO3晶体的电光效应,通过改变晶体电压来调节激光器的有效腔长,可以对激光频率进行快速的调谐和调制.采用该方法,自制外腔反馈半导体激光器的调谐频率可达到2 kHz,它的调谐范围为350 MHz,激光频率调谐系数约为1.06 MHz/V,用饱和吸收光谱观测频率调谐的效果.快速激光频率调制可以应用在稳频技术上,将外腔反馈半导体激光器调制在5～100 kHz频率下,均获得了87Rb原子D2线的饱和吸收光谱的色散信号,并实现了激光频率在饱和吸收峰上的长期稳定.     

外腔式可调谐半导体激光器的光谱法求解

利用由射线法求得的光谱表达式，分析了外腔式半导体激光器的输出谱，并以此求得了普遍情况下阈值载流子密度的解析表达式，结合光谱表达式与载流子速率方程，求得了不同电流下腔内载流子密度与阈值的差值，从而可以不必诸光子数速度方程而获得外腔式半导体激光器的自洽解。     

可调谐单模窄线宽外腔半导体激光器

可谐谐单模窄线宽外腔半导体激光器具有光谱纯度高，波长覆盖范围广（０．６－３５μｍ）、结构紧凑、效率高，寿命长，成本低，可靠性高，使用方便等突出优点，９０年代以来已在新兴的光纤通信，光学元件测试，计量检测传感、高分辨率光谱分析、生物医学等领域推广应用，本文对外腔半导体激光器的工作原理，结构性能，发展历史及应用前景作了简要的介绍。     

闪耀光栅外腔反馈压窄半导体激光器线宽技术的研究

在讨论半导体激光线宽压窄理论的基础上,利用闪耀光栅作为外部反馈元件,介绍了由中心波长为949.6nm、原始线宽为1.2THz的单管半导体激光器构成的反馈外腔,它能够很好的改善半导体激光器的性能。实验得到了中心波长稳定的、单纵模的高质量激光输出,边模抑制比大于30dB,线宽优于1.2MHz(Δλ<3.6×10-6nm)。实验证实了强反馈能够很好地改善外腔半导体激光器的动态特性。     

闪耀光栅弱反馈GaAlAs单模半导体激光器的频率调谐特性

对于单模ＧａＡｌＡｓ半导体激光器,使用一种简单的闪耀光栅外部弱反馈构型,迫使其工作在８５２．１１ｎｍ波长处,得到了２．２ＧＨｚ的频率连续调谐范围,获得的输出功率约为半导体激光器自由运转时的９０％以上。     

半导体激光器的线宽压窄及频率连续调谐

我们利用共焦F—P腔光学弱反馈技术，实现了单模GaAlAs半导体激光器线宽压窄、频率锁定及连续调谐。其线宽从自由运转时的10MHz被压窄到45kHz，并可将频率锁定于共焦F—P腔。实验证明，在弱反馈情况下，激光器的频率连续调谐范围与共焦FP腔的光强反馈量近似成正比，实现了在铷原子D2线附近1．2GHz的频率连续调谐，     

外腔光反馈的半导体激光器基本模型的运行模式

根据Lang-kobayashi带光反馈的半导体激光器模型,从理论上推导出其稳定条件.数学模拟表明,对于动态单模半导体激光器,少量的外光反馈也会改变激光器的输出模式,随着反馈量的增加,激光器的振荡模式亦增加,并始终为(2n+1)个模式.     

基于降温技术的宽范围外腔光栅可调谐半导体激光器

使用半导体制冷块,通过优化设计两级制冷系统,并结合隔离、密封等措施,将LD的温度冷却到-20 ℃,使室温下输出波长为789 nm的激光器工作在780 nm附近,改变了约9 nm.结合外腔光栅反馈技术,可以使激光器的输出波长稳定在Rb原子的D2线上.自制了一个简单的电路,能够以适当的比例同时调谐光栅压电陶瓷的电压和激光器的驱动电流,使激光器可以连续调谐1O GHz以上而不跳模.     

选频元件谱线宽度对可调谐外腔半导体激光器的影响

在可调频外腔半导体激光器（ＥＣＬＤ）中，选频元件的响应函数具有一定的频谱宽度，本文研究了该宽度对外腔半导体体激光器的影响，导出了为实现外腔半导体激光器的连续调谐所需的该宽度上限的表达式，求得了该响应的峰值频率与振荡频率之间的差别。     

外腔反馈对半导体激光器振荡特性的影响

通过有效反射系数的引入，根据激光谐振腔的自再现条件和对腔内光子密度、载流子密度方程的求解，分析了外腔反馈对半导体激光器的阈值增益、振荡频率和输出功率等振荡特性的影响，并通过实验进行了验证.外腔反馈后，半导体激光器的阈值电流从420mA降为370mA，输出功率的斜率效率获得了提高，理论计算的输出功率曲线与实验结果符合的很好. 关键词： 半导体激光器 外腔反馈 振荡特性     

端面反射率的波长特性对外腔半导体激光器调谐范围的影响

端面镀增透膜的激光二极管构成的光栅外腔激光器（ECLD）中,考虑到镀膜端面剩余反射率对波长的依赖关系以后,利用等效腔法导出了该激光器阈值载流子密度随波长变化的解析表达式,以此为出发点,讨论了增透膜反射率极小位置对调谐范围的影响。结果表明,除了增大剩余反射率工和降低剩余反射率能够提高调谐范围这一明显结论这外,在镀膜工艺确定的情况下,即假定剩余反射率带宽和剩余反射率极小值变化不大时,通过控制剩余反射率极小值所对应的波长相对于镀膜前增益峰的偏移量,可进一步拓宽波长调谐范围。     

785nm便携式光栅外腔可调谐半导体激光器的研制和输出特性

针对移频激发拉曼光谱测试系统的小型化需求,在Littrow结构中,采用商用的785nm大功率激光二极管作为增益器件,构建了一款便携式光栅外腔可调谐半导体激光器。该激光器通过采用一种新型的波长调谐方法,即以改变半导体增益器件相对于准直透镜的水平位置来实现波长的连续调谐,实现了尺寸为140mm×65mm×50mm的小型化结构设计。相比于传统的旋转衍射光栅改变光线在光栅上的入射角来实现波长调谐的方式,该方法有效地缩减了增益器件的平移距离,从而有利于便携式外腔激光器波长的快速宽带调谐。实验结果表明,该激光器具有较宽的波长调谐范围,在340~900mA注入电流下均可实现10nm以上的波长调谐,尤其在900mA大注入电流下,其波长调谐覆盖779.40~791.07nm,调谐范围可达11.67nm,且激射线宽小于0.2nm,单波长输出功率最高可达280mW,放大的自发辐射抑制比大于25dB,呈现出较优异的输出性能,满足移频激发拉曼光谱检测系统对光源的基本要求。此外,该激光器可采用一微型压电陶瓷驱动器来实现波长的电动调谐,实验获得了1.35nm的波长调谐范围,证实了所制785nm便携式光栅外腔可调谐半导体激光器适合作为便携式移频激发拉曼光谱检测系统的光源用于减除原始拉曼光谱中的荧光背景。     

反馈相位随机调制消除混沌半导体激光器的外腔长信息

提出并数值证实利用反馈相位的随机调制可消除外腔半导体激光器反馈引起的时延结构. 研究发现:当反馈相位随机调制信号的速率处在0.1—1 Gbit/s范围,随机调制信号的切换幅值个数达到5时,在半导体激光器偏置电流(1.2—2.8I_th)和反馈速率(8—26 GHz)构成的参数空间中,反馈时延结构对应的外腔长信息可被有效地消除. 关键词： 半导体激光器 外腔长 反馈相位 随机信号调制     

外腔反馈对量子点激光器输出特性的影响

在对光栅外腔量子点激光器进行理论研究的基础上,分析了外腔反馈对Littrow型光栅外腔量子点激光器输出功率、调谐范围等输出特性的影响,发现器件参数的选择对外腔激光器的性能影响很大。对外腔激光器的输出功率和调谐范围进行了理论计算,并与实验结果进行了对比。计算得到的外腔激光器的输出功率与实验结果符合得很好,忽略了非线性增益相关的增益抑制的单模调谐范围理论计算值稍小于实验结果。     

光纤光栅外腔半导体激光器的高频调制特性

报道了光纤光栅外腔激光器瞬态特性的理论分析,引入了一个适用于外腔情况的等效光子寿命,模拟计算表明,要获得高于2．5GHz的调制速率,光纤光栅外腔的长度必须短于4cm范围,对所研制的光纤光栅外腔激光器进行了高频调制测量,得到了在1GHz下的单模激光输出,边模抑制比在40dB以上,3dB动态线宽为0．1nm左右,20dB动态线宽为0．3nm。     

反馈强度对外腔反馈半导体激光器混沌熵源生成的随机数序列性能的影响

外腔反馈半导体激光器在合适的反馈强度下将呈现混沌态, 其输出的激光混沌信号可作为物理熵源获取物理随机数序列. 着重研究了外腔反馈强度对最后获取的二元码序列的随机性的影响. 数值仿真结果表明, 随着反馈强度的增加, 外腔反馈半导体激光器输出的混沌信号的延时时间特征峰值呈现先逐渐减小再逐渐增大的过程, 而对应的排列熵特征值呈现先增大、后缓慢降低的过程, 即存在一个优化的反馈强度可使输出的混沌信号的延时特征得到有效抑制且复杂度高. 利用NIST Special Publication 800-22软件对基于不同反馈强度下外腔半导体激光器输出的混沌信号所产生的二元码序列的随机性进行了相关测试, 并讨论了反馈强度的大小对测试结果的影响.