回音壁微腔激光器噪声特性数值模拟研究(特邀)

通过建立包含朗之万噪声源的三模速率方程模型,模拟研究了回音壁模式微腔激光器的噪声特性和线宽特性,特别是注入电流热效应引起的跳模及其对光功率和实现窄线宽的影响.回音壁微腔激光器单模工作时,在大偏置电流下可由低频处的频率噪声得到百kHz以下的激光器线宽;在微腔双模激射状态下,由于模式竞争作用,微腔激光器的相对强度噪声和频率...     

间距可调的双模正方形微腔激光器(特邀)EI北大核心CSCD

针对双波长激光器间距精细调谐的需求,基于正方形微腔的模场分布,设计了中心及四个角区电流注入窗口的正方形微腔激光器。利用有限元法对提出的结构进行分析,发现改变腔体折射率分布差,可以调控基横模和一阶横模的波长间距。基于半导体平面加工工艺成功制备了边长为30μm的非均匀注入正方形微腔激光器。当注入电流从42 mA增加到53 mA时,该激光器的波长间隔从0.18 nm减小到0.1 nm,强度比小于4 dB。除此之外,继续增加电流,由于双模间隔的进一步减小,出现了明显的单周期振荡现象。     

间距可调的双模正方形微腔激光器(特邀)

针对双波长激光器间距精细调谐的需求,基于正方形微腔的模场分布,设计了中心及四个角区电流注入窗口的正方形微腔激光器.利用有限元法对提出的结构进行分析,发现改变腔体折射率分布差,可以调控基横模和一阶横模的波长间距.基于半导体平面加工工艺成功制备了边长为30μm的非均匀注入正方形微腔激光器.当注入电流从42 mA增加到53 ...     

减反膜外腔半导体激光器特性的研究

研究了镀减反膜GaAs半导体激光器在Littrow 式外腔结构中的输出特性.采用电流补偿技术,得到了约30 GHz的连续无跳模调谐范围.利用外差拍探测技术获得激光器输出线宽约为120 kHz.还研究了激光器的强度噪声分别随着电流与波长变化的特点并对此进行了分析.该类激光器可以广泛应用在冷原子物理、激光光谱以及量子光学等许多领域. 关键词： 减反膜 半导体激光器 线宽 强度噪声     

带间级联激光器电子注入区优化研究(特邀)EI北大核心CSCD

带间级联激光器有源区内部的物理机制复杂,尚未得到充分研究。优化了电子注入区结构,通过减小InAs/AlSb啁啾超晶格中InAs量子阱的厚度促进电子向光增益区的注入,在较低的电子注入区掺杂浓度下满足了光增益区电子数和空穴数基本相等的注入平衡条件,降低了有源区中自由载流子吸收和杂质散射造成的光损耗。采用该有源区结构的带间级联激光器实现了较好的室温激射性能,腔长4 mm、脊宽20μm且腔面未镀膜器件的阈值电流为200 mA,单腔面出光功率为55 mW。通过分析2~5 mm不同腔长器件的电压-电流-光功率性能,得到器件的波导损耗仅为3 cm^(-1),有源区载流子寿命为0.7 ns。     

微腔激光器

微腔激光器是当前光电子学和光子学中迅速发展的一个新领域。本文讨论了微腔工作的基本原理和基本特性,介绍了几种形式的微腔结构,并就微腔和微腔激光器的应用现状和前景作了评述和展望。     

半导体环形激光器的混沌同步及优化EI北大核心CSCD

数值模拟了半导体环形激光器(SRLs)的同步.在频率失谐为-20 GHz,注入系数大于2.5时,两种方案(闭环、开环)的SRLs均可以获得互相关系数大于0.95以上的同步.讨论了在不同的注入系数下同步对频率失谐的稳健性,结果表明开环同步对频率失谐的稳健性更好。研究了SRLs内部参数的变化对同步的影响,通过适当调节SRLs内部参数的数值可使两种结构的同步质量都得到优化。闭环同步的互相关系数从0.96提高到0.99(开环同步互相关系数从0.95提高到0.97)。最后讨论了在闭环结构中偏置电流和反馈延迟时间失谐对同步的影响。     

基于自外差结构的窄线宽激光器频率漂移及噪声测试北大核心CSCD

窄线宽激光器在光学传感领域取得广泛应用,激光器的频率漂移和噪声大小直接影响光学传感器测量精度,采用自外差拍频方法对窄线宽光纤激光器和半导体激光器的频率漂移和噪声特性进行了初步测量。进行了频率漂移测量理论计算,仿真分析了延时光纤长度与频率漂移大小对应关系,确立了延时外差光纤长度;搭建了基于自外差结构的窄线宽激光器频率漂移测试装置,对测试装置组成进行了叙述;基于该测试装置进行了窄线宽激光器的频率漂移和噪声测试,测试表明光纤激光器和半导体激光器均存在明显的频率漂移,漂移速度大约2MHz/10s,光纤激光器的频率噪声要明显低于半导体激光器,与两型激光器的频率噪声测试结果吻合,提出的激光器频率漂移和噪声测试装置,为激光器频率漂移和噪声优选对比提供了一种方便、快捷的测试方法。     

单片双波长输出垂直外腔面发射激光器EI北大核心CSCD

报道了利用垂直外腔面发射激光器(Vertical external cavity surface emitting laser,VECSEL)的增益谱与腔模的大失配设计实现VECSEL双波长同时激射的方法,设计了稳定的振荡腔结构,理论预测了这种VECSEL的三种工作状态并进行了实验验证。随着VECSEL泵浦功率增加,增益芯片内部工作温度逐步升高,VECSEL依次出现带边波长激射、双波长激射及腔模波长激射三种工作状态。最初VECSEL的激射波长位于带边模式决定的激光波长(952.7 nm),随着泵浦功率增加,增益芯片热效应增强,腔模波长与带边波长出现模式竞争,此后出现双波长激射现象。双波长峰值强度接近时VECSEL激光输出功率达到359 mW,激光波长分别位于954.2 nm和1001.2 nm,在该位置附近VECSEL的输出功率曲线呈现明显的二次阈值现象。当泵浦功率持续增加,激光输出波长变为腔模波长激射,激光波长位于1002.4 nm。在单波长及双波长工作状态下VECSEL的光斑形貌均为高斯形貌的圆形对称激光光束,激光光束发散角半角由5.7°增加到7.9°。这种单芯片双波长输出VECSEL方案未来在抗干扰激光雷达以及频率转换太赫兹激光等方面有着很好的应用潜力。     

语音信号调制的微腔半导体激光器的抗噪音性能

假定微腔半导体激光器输入调制信号为实际语音信号,伴随语音信号的噪音为加性白噪音,在小信号近似下,得到了电流调制和自发发射寿命调制下激光器的传递函数;在大信噪比的前提下,对激光器进行了频域分析,得到了不同参量下的信噪比增益.数值模拟结果表明,在偏置电流的变化范围内,存在极低信噪比增益区,大自发发射因子、小自发发射寿命有利于使该区变窄;语音信号的通带范围和功率谱密度分布特征参量的适当选取,可以使激光器的抗噪音性能在偏置电流的某段范围内得以提高.     

表面微腔光子晶体LED的光提取特性EI北大核心CSCD

提出并研究了一种基于表面微腔光子晶体的发光二极管(LED),利用多个谐振腔出射光之间的相干耦合作用产生束流准直效应,从而在提高光提取效率的同时,也改善了出射光的空间指向性。通过对表面光子晶体LED结构进行优化设计,使得表面微腔光子晶体LED的光提取效率较完整光子晶体LED提高了77.3%,而较普通平板LED提高了1.8倍以上。同时,微腔光子晶体LED相对普通平板LED和完整光子晶体LED来说具有更加明显的远场能量汇聚效应,让出射光具有更好的空间指向性。     

单块非平面环形腔激光器的强度噪声抑制技术研究

研究了LD泵浦1319nm单块非平面环形腔(NPRO)激光器的强度噪声特性,发现随着输出功率的增加,弛豫振荡峰频率从100kHz向280kHz移动,同时弛豫振荡峰宽度增加但幅度降低,且在弛豫振荡峰处发生π相位跃变,在600kHz以上频率区域,噪声已经接近量子噪声极限。自行设计的噪声抑制电路在实现足够大增益的同时,在500kHz附近获得了约65°的相位超前,由此获得了优于通常同类实验的噪声抑制结果:当弛豫振荡峰频率为230kHz时,弛豫振荡峰处和低频区域的强度噪声幅度分别被抑制了45dB和20dB。     

半导体激光器速率方程的参数提取(特邀)

重新评估了常见半导体激光器参数提取方法中近似条件的适用性,提出更加通用的方程进行半导体激光器速率方程的参数提取.以分布式反馈激光器芯片为例,利用小信号频率响应曲线(S21)准确提取了半导体激光器谐振频率fr与阻尼因子γ,结合激光器的光功率-电流(P-I)响应曲线,即可计算出半导体激光器速率方程的各个参数.对比之前的参数...     

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。     

基于半导体激光器注入锁定的全光时钟提取EI北大核心CSCD

提出并分析验证了一种基于半导体激光器注入锁定实现的全光时钟提取方案。方案中,借助半导体激光器的注入锁定过程,可以将光归零(RZ)码信号中的载波和一个时钟分量依次锁定两个半导体激光器获得光场的锁相输出,通过输出分量的叠加,得到所需的同步时钟信号。实验中,采用两个分布反馈(DFB)型半导体激光器,成功地获得了10 Gb/s光RZ码信号的时钟信号。这一方案在注入功率的动态范围、可调谐性、信号波长稳定性要求等方面都表现出了很好的灵活性,并具有可集成潜力,是一种实用性很强的新方法。     

微腔半导体激光器的两种新调制方法

本文提出微腔半导体激光器的两种新调制方法:自发发射寿命调制和光子寿命调制。小信号近似分析的数值模拟结果表明,这两种调制方法的调制带宽大于同参数下的电流调制的带宽。     

非即变相位共轭反馈对半导体激光器动态特性的影响

从四波混频产生相位共轭的物理原因出发,定义了相位共轭镜（PCM）的响应时间．建立起非即变相位共轭反馈条件下半导体激光器的外腔模型。以响应时间及频率失调为参变量,对其分岔及噪声等动态行为进行数值分析。结果表明,不考虑噪声影响时,增加相位共轭镜响应时间会使混沌带出现的次数和范围得到较大的抑制,当响应时间增大到1．5ns时,混沌带消失,半导体激光器保持稳定的单周期状态;考虑噪声影响后,随若响应时间的相对强度噪声（RIN）可减小几dB甚至十几dB,产生突变需要的反馈量也增大一个数量级以上,且其频谱的峰值向高频方向移动;另外,由于共轭反馈引起的频率失调低于半导体激光器激射频率3个数量级以上．它只对分岔特性有影响．对相对强度噪声的影响几乎为零。     

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...     

两维耦合腔系统中的纠缠特性EI北大核心CSCD

研究四个二能级原子与两维耦合腔的相互作用系统,其中每个腔囚禁一个二能级原子,并且原子通过单光子跃迁与腔场发生共振相互作用。利用负本征值度量两子系统间的纠缠,讨论了腔与腔之间的耦合系数变化对原子与原子之间和腔与腔之间纠缠的影响。研究结果表明,随腔与腔之间耦合系数的增大,原子与原子之间纠缠增强,腔与腔之间纠缠减弱。     

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。