超辐射发光二极管光源的分析与补偿研究

针对SLD(Super-luminescent Diodes)光源的光功率和中心波长会随着驱动电流和工作温度的漂移而发生变化的现象,通过SLD的工作原理对该现象进行了理论分析,基于8脚蝶型SLD光源的实验,分析了光功率和中心波长受电流和温度变化的特点,分别建立了光功率和中心波长随驱动电流和工作温度之间关系的非线性数学模型,设计了SLD光源参数不稳定性的补偿方案,对SLD光源参数不稳定性引起的漂移进行补偿,从补偿前后光纤陀螺的测试输出脉冲数据可以看出,该补偿方法可以有效地改善光纤陀螺的在复杂工作环境下的长期稳定性,降低了光纤陀螺对恒流、恒温电路的要求。     

在Λ型三能级原子系统中实现光减速及光存储

在充缓冲气体的87Rb原子样品中, 通过探针光、耦合光与Λ型三能级原子相互作用过程中的量子干涉效应,产生了窄线宽的EIT透明窗口,由此实现了探针光群速度的降低.在最好的实验参数条件下,探针光群速度降低到c/42000.同时,研究了光群速减慢与介质温度、耦合光功率以及单光子频率失谐量之间的关系.在此基础上,通过控制耦合光与探针光的通断,实现了光脉冲在原子蒸汽中的存储与读取.     

掺铒光纤非线性耦合器的实验研究

提出一种耦合参量可用光调控的掺铒光纤非线性耦合器.用熔融拉锥法熔合两根掺铒光纤,拉制成工作波长为155nm的3dB掺铒光纤耦合器.通过调变输入耦合器一臂的980nm泵浦光功率,可以改变两臂的传播常量差,从而改变耦合器两臂信号光的相对输出功率.通过测量输入泵浦光功率和两臂信号光输出功率,得到直通臂耦合比依赖于泵浦光功率的实验曲线.实验研究表明,当泵浦光功率从0 mW变化至20 mW时,耦合比的变化可达到40％.与理论模拟的结果一致.     

宽频调谐的光纤耦合声光调制系统

采用双次通过声光调制器和"猫眼"结构,消除频率调制带来的光路偏转并增大激光频率的调谐范围,使用射频驱动功率反馈调节法实现了激光功率的稳定.理论计算和实验验证表明,选择焦距为40mm透镜方案,激光频率调谐在160 MHz时,系统整体光纤耦合效率达到了56.8%.在保证系统光利用率大于15%时,系统的有效频率调谐范围为100 MHz.通过功率稳定系统,在频率调谐60 MHz的变化范围内,输出光功率波动控制在±0.07%以内并能保持长期稳定工作.     

抽运光谱宽度对喇曼光纤放大器的影响

采用受激喇曼散射（SRS）耦合波理论分析了抽运光谱宽度对喇曼光纤放大器的影响, 指出当采用宽光谱作抽运光时会降低抽运效率. 同时, 文中还给出了抽运光谱宽度、抽运光功率和抽运效率间的变化规律曲线, 得出当传输光纤的有效截面积越小、喇曼增益系数越大、抽运光的入纤功率和光谱线宽度越大时, 光谱抽运效率越小的结论.     

外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

外腔共振是提高和频效率的有效方法. 实现外腔共振高效和频需要基频光高效地耦合到外部谐振腔中, 因此系统要达到阻抗匹配. 本文分别建立了双波长和单波长外腔共振和频系统的理论模型, 分析了腔增强因子与耦合腔镜反射率、入射基频光功率等参数的依赖关系, 通过数值模拟获得最优化的共振光耦合腔镜反射率, 使系统达到阻抗匹配, 提高和频效率. 研究表明, 无论双波长还是单波长外腔共振和频系统, 共振基频光的最佳耦合腔镜反射率只会随着另一束共振或者不共振的基频光入射功率的增加而减小, 而其本身的入射功率变化则影响较小; 进一步分析表明, 若共振基频光的耦合腔镜反射率超过阻抗匹配值, 和频光功率将会迅速减小, 而小于阻抗匹配值时, 和频光功率减少速度相对较慢, 因此实验过程中要尽量避免过耦合的情况出现. 本文的理论分析过程将对外腔和频实验有一定的指导意义.     

红外波段超辐射发光二极管研究进展EI北大核心CSCD

超辐射发光二极管(SLD)具有高功率、宽光谱和低相干性等光学特性,在光纤通信、工业国防、生物影像和痕量气体检测等领域具有极高的应用价值。本文聚焦于SLD的输出功率与光谱宽度特性,综合评述了量子阱、量子点近红外SLD与量子级联中红外SLD的研究进展。详细介绍了InP基量子短线、混合量子点量子阱与异维量子点量子阱等新型有源结构,以及量子点掺杂与区域混杂等相关工艺技术。最后,概述了SLD的应用前景,并对SLD的潜在研究方向和技术发展应用趋势进行了展望。     

光纤陀螺用光源全温度工作交越失真研究

为提高光纤陀螺准确度、实现工程化应用,分析了SLD光源内部的热结构,建立了全数字光源控制系统.测试结果表明：在变温环境下（－15℃～55℃）,抑制了光源的“交越失真”现象,实现了光源平均波长波动0.014％,光功率波动0.4％的控制准确度.采用抑制交越失真控制的光源的FOG在全温度范围内的零偏稳定性从2.14°/h提高到0.21°/h.     

磁光光纤光栅滤波器的全光时钟提取性能研究

研究了磁光耦合强度对磁光光纤布喇格光栅中模式转换光反射光谱特性的影响.根据磁光耦合模理论并结合光纤布喇格光栅的传播特性,数值分析了磁光光纤布喇格光栅的磁控特性,得到了3 dB带宽可调的滤波器.采用级联磁光光纤布喇格光栅构造磁控梳状滤波器,实现了40 Gbps归零数据信号的全光时钟提取仿真,分析了时钟信号的抖动性能与磁光耦合参量的关系.     

磁光光纤光栅滤波器的全光时钟提取性能研究

研究了磁光耦合强度对磁光光纤布喇格光栅中模式转换光反射光谱特性的影响.根据磁光耦合模理论并结合光纤布喇格光栅的传播特性,数值分析了磁光光纤布喇格光栅的磁控特性,得到了3dB带宽可调的滤波器.采用级联磁光光纤布喇格光栅构造磁控梳状滤波器,实现了40Gbps归零数据信号的全光时钟提取仿真,分析了时钟信号的抖动性能与磁光耦合参量的关系.     

Highly dynamic and versatile pulsed fiber amplifier seeded?by?a?superluminescence diode

We propose and investigate a high power superluminescence diode (SLD) as a pulsed seed source for a highly dynamic and versatile pulse fiber amplifier system. The SLD provides, contrary to conventional Fabry?CPérot laser diodes, a smooth and broad output spectrum which is independent of the input pulse parameters. The output pulses from the SLD are as short as 10?ns with up to 150?mW peak power. Moreover, the pulses can be directly shaped by modulating the injection current of the SLD. Pulse shaping in an amplifier configuration is demonstrated without the observation of stimulated Brillouin scattering (SBS) due to the provided spectral bandwidth of 10?nm FWHM. Further spectral shaping was realized with a band pass filter in the amplifier chain.     

Numerical investigation of power tunability in two-section QD superluminescent diodes

We present the results of a one-dimensional (1D) numerical model for the simulation of quantum dot (QD) multi-section superluminescent diodes (SLD) using a rate equation approach. A comparison between experimental and simulated P–I characteristics of a single section SLD is provided in order to validate the model parameters. Using these parameters we analyzed more complicated structures with non-uniform injection and waveguide cross section. The purpose has been to investigate how to increase power at the broad-band emission condition (equal power emission from ground state and excited state) and to tune this condition in a wide range of power. We found that applying a non uniform injection in the two sections no improvement in the maximum output power is achieved at the broad bandwidth condition in devices with uniform waveguide. On the contrary, when a tapered section is introduced, the use of two electrodes and non-uniform current injection allows to obtain larger output power and tunability range respect to the case with uniform injection.     

低偏振高功率1 310 nm超辐射发光二极管的液相外延生长

对新月形超辐射发光二极管的液相外延生长过程进行了机理分析。利用Matlab软件对建立的非平面生长模型进行了理论计算,并利用扫描电镜(SEM)对液相外延生长的形貌进行了分析,通过理论计算与实验分析设计了获得低偏振、高功率超辐射发光二极管的外延结构。利用该结构研制的超辐射发光二极管芯片在100 mA工作电流、25 ℃工作温度下输出功率达到3.6 mW,相应的输出波长为1 306 nm, 光谱半宽为39 nm,光谱波纹为0.17 dB,偏振度为2%。     

1.55 μm InGaAsP/InP tapered stripe superluminescent diodes with potential optical sensor system applications

We proposed a structure of a 1.55 μm InGaAsP/InP superluminescent diode (SLD) to suppress the lasing action and fabricated laterally tilted multi-quantum well planar buried heterostructure separate confinement heterostructure SLD by using MOCVD and LPE equipments. The fabricated SLD is laterally tilted by 15°. The output power of SLD was 11 mW for 200 mA under pulse driving. The full-width at half-maximum was 42 nm at 200 mA.     

GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光管材料制备及表征

超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。     

窗口吸收区结构超辐射发光二极管的优化设计与特性研究

本文从理论上对1.3μm InGaAsP/InP窗口吸收区结构超辐射发光二极管进行了优化设计.并在考虑增益饱和和热效应的条件下,用耦合速率方程模拟计算了该结构超辐射发光二极管的功率输出特性.分析研究了窗口区长、泵浦区长、有源层厚度和输出腔面反射率对其输出特性的影响.研究结果表明,由于窗口吸收区的有效散射和吸收,很好地抑制了F-P受激振荡,可用于实现高性能超辐射发光二极管.     

光纤陀螺用超辐射发光二极管启动模型研究

为了实现光纤陀螺的快启动, 从超辐射发光二极管(SLD)发光机理出发, 通过分析光源的驱动电流和管芯温度在上电后的变化规律, 建立了SLD的启动模型, 找出了影响SLD启动时间的因素。用高速数据采集卡测得SLD的常温启动时间约为3~4s, 由温控系统系统引起的功率波动误差为4.5%, 波长的漂移量为0.92nm。实验测试结果与建立的理论模型相符, 从理论上提出了缩短SLD启动时间和实现陀螺快启动的方法。     

光纤陀螺信号处理中SLD驱动电路设计

光纤陀螺用光源要求输出功率高、相干性低、稳定性好，超辐射发光二极管（SLD）是能满足这些要求的理想光源，目前国内光纤陀螺用的光源基本上主要选择超辐射发光二极管（SLD），从工程实际应用出发，介绍了超辐射发光二极管（SLD）驱动电路设计，以此来提高光纤陀螺性能。     

耦合带状线定向耦合器大功率合成器的设计

介绍了直线加速器高频全固态功率源中大功率合成器件-3 dB定向耦合器的理论计算和工程设计过程, 该合成器工作频率80.5 MHz, 输出连续波功率大于20 kW。 分析了合成器的功率容量, 并对相应的理论计算结果、 CST (Computer Simulation Technology)软件模拟计算结果和实际功率合成器件测量结果进行了比较。 通过比较得出, CST仿真结果与测试结果基本一致, 隔离度和电压驻波比等实测指标优于设计指标, 只有耦合度与设计指标有些偏差, 总体上达到了预期的设计要求。 在输出功率20 kW时, 取样波形无失真, 合成器无明显温升, 满足固态功率源大功率稳定运行的要求。 The principle of design and calculation of the power synthesis in the solid state amplifier are described in this paper. The working frequency of the synthesizer is 80.5 MHz. The output continuous wave power is more than 20 kW; The synthesizer power capacity is analyzed. The theoretical calculation results, Computer Simulation Technology (CST) simulated results are compared with the measured results of the actual 3 dB couplers. The analysis of the measured results and CST calculated results shows that the simulation is in agreement with the measurement results which meet the design requirements of the solid state amplifier. Except the coupling coefficient, the isolation, the VSWR and other parameters are better than the design target. When the output power is 20 kW, the sampling waveform has no deform and the temperature of the synthesizer is stable.