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。     

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，     

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。     

半导体激光器线宽压窄及其特性研究

本文从理论上分析了外腔半导体激光器的线宽压窄原理,用延时自外差法对外腔半导体激光器的线宽特性进行了测量研究,得到了线宽反比于激光器输出功率及外腔反馈率的实验结果.     

宽波长范围窄线宽波长连续可调的光纤激光器

研制了一种宽波长范围窄线宽波长连续可调的光纤激光器,激光器基于环形腔结构,采用980nm的半导体激光器作为泵浦源,掺铒光纤作为增益介质,使用一段未泵浦的保偏掺铒光纤作为饱和吸收体压窄线宽。使用光纤法布里-珀罗滤波器作为选频器件,通过调节光纤其驱动电压实现光纤激光器的波长扫描。利用激光器的相干长度与干涉仪干涉条纹的关系动态测量激光器的光谱线宽,最终得到了扫描范围为1515.1～1588.6nm,线宽小于0.025nm的波长连续可调的光谱输出。     

微集成窄线宽半导体激光器仿真设计与线宽测试

介绍了一种基于扩展外腔和主振荡功率放大架构的780 nm片上集成窄线宽半导体激光器的设计方法.在激光器结构设计描述的基础上,介绍了主振荡功率放大光路设计、隔离器参数设计、尾纤光路设计的方法与仿真结果.基于该设计完成了 780 nm片上集成窄线宽半导体激光器的研制,介绍了参数实现情况,并对基于零拍法的激光线宽测试方法和测...     

基于自制超稳定F-P腔压窄632.8nm外腔半导体激光线宽的实验研究

窄线宽激光由于其具有单色性好、稳定度高、相干长度长等优点,广泛应用于光电检测领域,包括相干通信、精密测量、光学频率标准、吸收光谱计量以及光与物质相互作用研究等.目前频率稳定的氦氖激光器线宽可以达到M Hz量级,分布反馈式(DFB)光纤激光器线宽可达kHz量级,DFB半导体激光器线宽可以达到M Hz量级,然而光栅反馈半导...     

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。     

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,Q₁为短外腔(<2mm)、短光纤光栅(4mm)结构,Q₂为长外腔(20mm)、长光纤光栅(17mm)结构.测量Q₁的主边模抑制比为35dB,Q₂的主边模抑制比为10dB.     

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.     

利奥型可调谐液晶电光滤波器的特性分析

根据液晶的电光效应和利奥滤波器的原理设计了利奥型液晶电光调谐滤波器，并且从理论上和实验上证明了其可行性；为了克服其在红外波段的缺点，设计了法布里-珀罗腔液晶可调谐滤波器，并且给出了理论模拟。理论模拟证明法布里-珀罗腔液晶可调谐滤波器具有调谐范围大、带宽窄的优点。     

基于光传输矩阵方法对EFFP传感器的参数优化研究

为研究光纤法珀传感器中法珀腔结构参数对其条纹对比度的影响,基于光传输矩阵方法,建立了描述非本征型光纤法珀干涉结构中光束传播特性的理论模型。以基于化学腐蚀渐变多模折射率光纤方法制作而成的光纤法珀传感器为例,进行了数值模拟。由模拟结果可以得出,腔长为40μm、曲率半径在85～115μm范围内可以获得较高的条纹对比度。其结果表明,通过优化法珀腔的腔长和形状可以改善光纤法珀传感器反射光谱的条纹对比度。     

Linewidth of Semiconductor-Optical Fiber Ring External Cavity Laser with Tunable Optical Fiber F-P Cavity

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＮａｒｏｗｌｉｎｅｗｉｄｔｈｔｕｎａｂｌｅｓｉｎｇｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｓａｒｅｎｅｄｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｃｏｈｅｒｅｎｔｄｅ...     

10 GHz全光帧时钟提取的理论和实验研究

提出了一种新型的10 GHz全光帧时钟提取的提取方案。采用低精细度的法布里-珀罗(F-P)滤波器直接提出帧时钟,保证帧时钟的快速建立和快速消失。利用半导体光放大器(SOA)的自增益调制效应(SGM)对法布里-珀罗滤波器提取的帧时钟进行整形,降低帧时钟的幅度噪声。并推导了法布里-珀罗滤波器的精细度和半导体光放大器的自增益调制效应对帧时钟建立时间、消失时间的影响。通过理论分析表明,利用半导体光放大器的自增益调制效应可以降低帧时钟的幅度噪声并加快帧时钟建立速度。实验中,用上述方案对10.075 GHz的帧信号进行了全光帧时钟提取,得到了建立时间为8个信号周期,消失时间为22个信号周期,抖动为2.35 ps的帧时钟信号。     

基于宽谱光源的光纤传感波长解调系统的研究

研究制作了基于宽谱光源的光纤传感波长解调系统, 以多光纤光栅作为波长参考基准、采用可调谐光纤法布里-珀罗(F-P)滤波器作为波长扫描器件。系统中采用三次多项式拟合的方法对滤波器锯齿波的扫描电压与透射波长关系曲线进行非线性拟合, 解决可调谐光纤F-P滤波器的电压—波长非线性关系对系统测量带来的较大误差问题, 实现波长的高精度解调。采用五光纤光栅做波长参考, 单根光纤光栅传感器的解调实验结果表明：待测光纤光栅布拉格波长短期测量分辨率为3.5 pm, 长期测量稳定性为7 pm。采用该系统对光纤非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)应变传感器的测试结果表明, 测量应变灵敏度为2.41 nm/με, 并且应变和波长之间存在良好的线性关系, 线性相关度达到0.99991。     

随机生长误差对双腔型平顶法布里-珀罗滤波器的影响

在光网络中平顶滤波器可以有效地提高信道光检测的快速性和准确性。利用两个法布里珀罗腔间的串联耦合,可以构建出具有平顶透射特性的双腔型法布里珀罗滤波器。采用传输矩阵的方法,研究了随机生长误差对双腔型平顶滤波器透射特性的影响。模拟分析表明,当两个法布里珀罗腔的物理厚度差超过一个纳米时,在透射谱中就会出现两个高度不同的透射峰;解释了实测器件的透射谱中的双峰不对称性;用界面起伏的概念解释了实测滤波器带宽大于理论值的原因。理论分析与实验结果取得了较好的一致。     

稳定耦合效率的沟槽结构半导体激光器

为了稳定半导体激光器激射光束在光纤传输过程的耦合效率,提出一种沟槽结构的半导体激光器,并对该结构激光器的光束、耦合效率及P-I特性进行研究。在普通条形半导体激光器的脊形区刻蚀了周期性的沟槽结构,来改善半导体激光器有源区的增益分布。通过对比普通结构与沟槽结构半导体激光器的光束分析,测试其耦合效率以及P-I特性。结果表明:沟槽结构的半导体激光器能够使光腔内模式更加稳定,输出光束更加集中,并避免了"Kink"效应的发生;与此同时,耦合效率提高至97.7%,并且较普通结构激光器更为稳定。沟槽结构半导体激光器有效地解决了光斑跳动问题,稳定了激光器的耦和效率。     

40 Gb/s信号全光3R再生实验

提出一种新型40 Gb/s全光3R再生器方案。采用高精细度法布里-珀罗滤波器进行时钟提取。时钟提取前,通过高稳定光源对输入信号光波长变换实现信号光波长和法布里-珀罗滤波器梳状窗口对准;时钟提取后,接半导体光放大器(SOA)进一步消除时钟信号噪声。全光判决中,采用双半导体光放大器串联增大非线性性能,提高了判决门的响应速度。判决输出接窄带滤波器去除脉冲啁啾拖尾,减小码型效应。实验中,恶化40 Gb/s光脉冲信号通过全光3R再生器可以得到再生脉冲。输入恶化信号时间抖动大于5 ps,脉冲宽度大于16 ps,再生得到的信号时间抖动小于1.5 ps。再生信号相对于输入信噪比改善14 dB。连续稳定工作记录大于15 h。通过实验验证,这种全光3R再生器方案成功地实现了40 Gb/s信号的再生。     

用157 nm激光制作的光子晶体光纤法布里-珀罗传感器

157nm准分子激光用于微加工具有单光子能量高,峰值功率高,材料吸收系数高,分辨率高等优点。利用157nm激光微加工的方法,在光子晶体光纤上融切出微小矩形孔,从而构成腔长为45.6μm的微光纤法布里-珀罗干涉腔,得到的干涉条纹平滑,衬比度约为26dB,并从激光与石英材料的相互作用上分析了形成较好干涉条纹的原因。把这种微腔应用于应变测量,在550μm范围内,腔长增量相对于应变的灵敏度为0.32nm/μm,线形度达0.9994。实验证明该微腔对温度不敏感,800℃范围内腔长变化仅20nm。157nm准分子激光加工光纤法布里-珀罗腔方法简单,一次成型,具有较高的加工效率和精度,有望实现光纤法布里-珀罗腔的规模化批量制造,具有较好的应用前景。     

基于傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器解调研究

从双光束干涉的基本原理出发,分析了高斯分布光源条件下利用傅里叶变换解调光纤法布里-珀罗传感器的原理。针对高斯分布光源特点,提出直接对波长均匀采样得到的光谱数据进行快速傅里叶变换,然后利用传感器腔长与频域中峰值频率之间的关系求解传感器腔长的可行性。在此基础上,采用频谱插值技术提高了系统解调精度,并利用宽带光源和光谱仪等组成的解调系统,对所提出的方法进行了实验验证。结果表明,从实验中测得的数据与理论计算值能较好地吻合。