基于掩埋光栅一级分布反馈结构的太赫兹量子级联激光器

结合理论和实验研究了掩埋光栅一级分布反馈太赫兹量子级联激光器中的模式竞争和功率特性。理论计算得到掩埋光栅腐蚀深度与两个带边模式的波导损耗、光学限制因子、辐射损耗以及辐射效率的关系。理论计算表明,掩埋光栅分布反馈结构可以通过改变腐蚀深度,保证激光器稳定单模工作在高频带边模式的同时,调节激光器的阈值增益以及辐射效率。实验和测试结果表明,激光器辐射波长和掩埋光栅的周期成正比,激光器可以在整个动力学范围内稳定单模工作。单模激光器的波长范围可覆盖86.2~91.7μm的范围,边模抑制比可达25 dB,最大输出功率为9.1 mW。该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相耦合激光器阵列的研制。     

基于相位采样光栅的双波长光纤激光器

提出一种基于相位采样的分布反馈式双波长光纤激光器,在不同的空间化置同时引入相位和采样周期的突变.通过理论分析,这种结构能够实现谐振腔的分离,使不同波长的光波利用不同空间位置的增益介质,克服增益介质均匀加宽引起的模式竞争,实现双波长激射.采用准分子激光器和均匀相位模板,在掺铒光纤上制作波长差为0.46 nm的舣波长光纤激光器,能够实现舣波长激射.通过实验,对激光器输出功率和光栅强度的关系进行研究,表明输出功率和光栅强度成反比.     

Continuous True-Time-Delay System Employing a Novel Tunable Chirped Fiber Grating Delay Line and a Sampled Grating Based Multiwavelength Fiber Laser

A photonics true-time-delay system for phased array antenna beam steering employing a novel tunable chirped fiber grating delay line and a multi-wavelength erbium-doped fiber ring laser source based on a sampled grating filter is proposed. The tunable chirped fiber grating, which act as a continuous time-delay element, is achieved by bending a uniform fiber Bragg grating bonded at a slant onto the lateral surface of a simply supported beam. This technique allows the dynamic control of the chirp rate and spectral width of the grating without center wavelength shift. By adjusting the chirp rate of the fiber grating via bend strain, this kind of tunable chirped fiber grating could achieve very low and adjustable delay times, therefore provides higher angle resolution for scanning microwave beam, even the wavelengths of laser source are fixed and un-tunable. The true-time-delay system using proposed tunable chirped fiber grating delay element and sampled grating based laser source is constructed and demonstrated experimentally.     

氩离子倍频激光器制作取样光纤光栅的切趾补偿工艺研究

对取样光栅而言，完整的平均折射率补偿应包括切趾补偿和取样补偿两部分。理论模拟显示，只作切趾补偿而不作取样补偿仍然可以收到良好效果。提出了针对氩离子倍频激光器写入取样光栅的简单的切趾补偿工艺。依据是模板存在一定的干涉区，当光纤退出模板的干涉区后，只有平均折射率提高而不写入新的光栅。因此在干涉区外进行与切趾函数互补的曝光就可以切趾补偿了。实验结果显示，切趾补偿有效降低了取样光栅每信道反射谱的旁瓣，使反射谱的形状更加理想，同时也有效降低了群时延曲线的波纹。     

太赫兹量子级联激光器光束特性分析

用有限元法计算太赫兹量子级联激光器激光模式的阈值增益.结果表明:接触层厚度和掺杂浓度对阈值增益的影响远远大于波导宽度和激射波长;接触层厚度较小(大)和掺杂浓度较低(高)时,TM₁(TM₀)模的阈值增益较小.在此基础上,用矢量衍射理论分析岀射光束的远场特性,得到光束的远场光斑基本是椭圆;x方向的远场散射角随波导宽度或激射波长的增加分别线性减小或增加,尽管对应的接触层厚度和掺杂浓度不同,但TM₀和TM₁模x方向的远场散射角相同;另外,还得到y方向远场散射角不受波导宽度或少受激射波长的影响.在阈值增益和光束质量方面,TM₁模都优于TM₀模.     

Ultra-Narrow Dual-Channel Filter Based on Symmetrical Sampled Fibre Bragg Grating

A kind of ultra-narrow dual-channel filter is proposed in principle and demonstrated experimentally. This filter is designed by means of two sampled fibre Bragg gratings （SFBGs）, where one is periodic O-π sampling and the other is symmetrical spatial sampling. The former can create two stopbands in the transmission spectra and the latter can produce two ultra-narrow passbands. Our filter has the 3-dB bandwidth of about 1 pm, whose value is two orders of magnitude less than the bandwidth of the traditional SFBG filters. The proposed filter has a merit that the channel spacing remains unchanged when tuning the filter.     

基于光纤光栅的标准具

提出并研制出了一种基于光纤光栅的新型光学标准具.这种新型标准具技术采用大啁啾取样光栅制作,可用于光纤光栅传感解调系统中.通过调节大啁啾取样光栅的啁啾系数和取样函数,使透射谱具有法布里-珀罗标准具的特性.运用传输矩阵法进行了模拟计算并进行了实验验证.由于采用已经比较成熟的标准光纤光栅写入方法,基于光纤光栅的标准具性能可靠,适合规模生产,在光纤光栅传感技术上有重要的应用.     

Optical Switching of a Quantum Cascade Laser in Continuous Wave Operation

We demonstrate an optical switching in a middle infrared continuous-wave quantum cascade laser operated in single mode by illuminating its front facet with a near infrared laser. A decrease in the laser net gain is observed in the amplified spontaneous emission spectrum. This is attributed to an increase of the carrier concentration caused by the near infrared excitation. The net gain reduction allows the quantum cascade laser to be completely switched off from single mode lasing. This optical switching can be used to convert near infrared signals into middle infrared signals for free space communication.     

基于流固耦合作用的分布反馈式光纤激光水听器

为了解决流固耦合模态使水听器工作频带变窄的问题,理论分析了流体对双膜片结构的分布反馈式光纤激光水听器固有频率的影响,基于有限元软件对水听器加固封装前后在空气中和流体中的模态和频响性能进行仿真分析,加工制作了水听器原型样品并开展了水声实验研究.实验结果表明,在2 500~8 000Hz的频率范围内,未经加固封装的水听器由于在该频段内存在多个流固耦合固有频率造成响应曲线起伏较大,而采取了加固措施封装后的水听器获得了-142.77±0.8dB的平均声压灵敏度,验证了流体对水听器频响性能的影响以及改善措施的有效性,实验结果与理论及仿真结果吻合较好.     

基于DFB型半导体激光器的腔增强吸收光谱研究

介绍了用DFB型可调谐半导体激光器做光源的腔增强吸收光谱(TDL-CEAS)技术.简要介绍了腔增强吸收光谱的发展和实验设计,从法布里-珀罗腔的角度解释了腔增强吸收光谱的有效吸收路径,阐述了腔增强吸收光谱具有高灵敏度的主要原因是腔内介质能够获得很长的吸收光程;用中心波长为1.573μm的DFB型可调谐近红外半导体激光器做光源,用两块高反射率平凹透镜(1.573μm附近,反射率约99.4%,凹面曲率半径为1 m)组成的光学谐振腔做吸收池,采用同时扫描激光和谐振腔的方法,在34 cm长的吸收池内测得了CO2分子在1.573μm附近的弱吸收谱线,探测灵敏度达1.66×10-5cm-1.实验结果表明,腔增强吸收光谱具有灵敏度高、分辨率高、实验装置简单、易于操作等优点.     

基于量子级联激光器的红外光谱技术评述

量子级联激光器是一种新型的红外相干光源。利用量子理论与带隙工程,量子级联激光器可实现3 μm到100 μm波长范围内的任意输出波长。由于大多数气体分子的特征光谱都集中在中红外波段,而中红外量子级联激光器具有功率高、线宽窄、扫描速度快等独特的优点,因此,基于量子级联激光器的红外光谱技术已成为气体检测技术的研究热点。尤其是,近年来室温激光器性能得到不断的完善,输出功率和电光转换效率得到了极大的提高,这在很大程度上推动了红外激光光谱技术的迅速发展。本文根据工作原理,分别介绍了基于直接吸收谱检测、相位调制光谱检测、光声调制光谱检测和法拉第旋光效应光谱检测的量子级联激光器红外光谱检测技术,并对其实现方法和应用情况进行了介绍。     

分布反馈量子级联激光器脉冲驱动电源的研制

为了满足中红外一氧化碳检测中分布反馈量子级联激光器的驱动要求,设计并实现了一种专用型脉冲驱动电源.首先,研制了高稳定的供电系统和完善的保护系统,显著提高了驱动脉冲的质量并保证了电源工作的可靠性;其次,依据"多级隔离"的思想设计了电源各功能电路,很大程度上提高了驱动电源的抗干扰能力;同时,将深度电压负反馈与比例-积分-微分控制算法相结合,有效提高了输出电流的稳定度.利用该驱动电源对中科院半导体所研制的波长为4.76μm的分布反馈量子级联激光器做了驱动测试.实验结果表明,在长时间(200h)运行中,系统驱动电流的稳定度为2.5×10-5,线性度为0.004%,满足分布反馈量子级联激光器的驱动要求,为中红外一氧化碳的可靠检测提供了保障.     

基于光纤光栅的高功率光纤激光器

分析了光纤光栅的选频原理以及光纤光栅基高功率光纤激光器的阈值特性和输出特性.采用紫外写入的光纤光栅做谐振腔,研制了全光纤结构的高功率光纤激光器,泵浦阈值为186 mW, 最大输出功率1.78 W,斜率效率59%,实验结果与理论分析基本吻合.     

纤锌矿型量子级联激光器的界面与受限声子比较(英文)

利用传输矩阵方法对纤锌矿型量子级联激光器有源区的界面与受限声子进行了研究.计算结果显示:在纵光学频域有一组界面声子与二组受限声子存在,而且最低频率的两个界面声子在一定条件下能转变为受限模式.通过比较界面声子与受限声子的色散及声子势发现两者有很大不同,且计算电声散射速率可以发现由这两种声子引起的散射率是可比拟的.     

Al组分对AlGaN/GaN量子级联激光器性能的影响

通过对激光器一个周期单元的一维薛定谔方程与泊松方程进行自洽求解,得到了能带与电子波函数的分布情况,并且计算了在近共振条件下偶极跃迁元与垒层Al组分的关系,得到了Al组分的优化结果。结果表明,垒层材料的Al组分大约等于0.15时激光器的偶极跃迁元最大,此时激光器处于垂直跃迁工作状态。     

量子级联激光器调制特性的电路模拟

量子级联激光器(QCL)是波长范围在中远红外的一类新型激光器,到目前为此,对于它的脉冲响应及调制响应等动态特性了解并不是很深入,为此以贝尔实验室在1994年发明的量子级联激光器器件模型为基础,通过分析量子级联激光器中的电子在多量子阱间输运及跃迁的单极行为,得到它的速率方程。以此为基础,通过用电路元素对方程进行改造,建立起其相应的等效电路模型,利用PSPICE电路模拟软件进行模拟仿真,得到了它的调制响应特性,对可能影响其调制特性的一些因素如各阱之间的弛豫时间进行了讨论,并与其它类型激光器作了比较,发现量子级联激光器的动态性能并不优良,而这一点应缘于其独特的激射能级结构。     

Fabrication of χ{2) Grating in Poled Polymer Waveguide Based on Direct Laser Beam Writing

A simple method is described for fabricating high resolution χ⁽²⁾ grating in poled polymer waveguide. It is found that the second-order nonlinearity of corona-poled polymer thin film is erased after visible laser (450 nm) irradiation. The mechanism of the erasure of χ^{2) is discussed. High resolution χ⁽²⁾ grating structure in several poled polymer waveguides is demonstrated by direct writing with a cw He-Cd laser.On leave from the Department of Optical Instruments, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang Province, 310027, P.R. of China.