光信息综合实验中光源的选择和性能改善

在光信息综合实验中,在分析氦氖激光器的优缺点的基础上,阐述了半导体激光器的显著优点以及存在的一些局限性。利用实验室现有的器件,引导学生对半导体激光器进行了光束准直和整形以提高激光器的性能,并用已优化的半导体激光器作为光源进行了全息光栅和全息透镜的制备以及电光调制和液晶光阀等实验。结果表明,性能改善的半导体激光器完全可以取代氦氖激光器,可满足光信息综合实验的要求。在整个设计制作过程中,培养了学生分析问题和解决问题的能力。     

基于大芯径晶体波导的半导体可饱和吸收镜锁模激光器

大芯径晶体波导可吸收更高功率的泵浦光，能够实现更高的输出功率，同时在锁模运行时芯层中的峰值功率密度相对较低，而且减少了非线性效应的积累。基于此，构建了一种基于Yb:YAG大芯径晶体方波导的被动锁模皮秒激光器。实验中，首先使用高反镜替代半导体可饱和吸收镜(SESAM),在较高的泵浦功率下调节晶体波导的位置和角度以实现泵浦光与波导芯层的匹配；然后，仔细调节球面反射镜的角度，使信号光耦合进波导芯层中以尽量减小腔内的损耗。所设计的激光器采用折叠腔结构，在腔内没有色散补偿器件的情况下，实现了平均功率为10.2 W、脉冲宽度为65 ps、重复频率为30.15 MHz、单脉冲能量为0.34μJ的激光输出。     

浅谈半导体激光器在物理实验中的应用

本就半导体激光器与氦氖激光器进行了比较,并简单论述了半导体激光在物理实验中的应用,尤其在“全息照相”中的应用。     

激光系统中半导体激光器温度稳定系统研究与设计

激光器系统中半导体激光器的功率输出稳定度和工作温度有很大的关系,为了使大功率半导体激光器输出功率稳定,需要对激光器实现高精度、快速温度控制。针对现有的激光系统中激光器温度控制系统存在控制精度不够高、控制速度慢等问题,设计了一种温度稳定系统,采用PT-100热电偶测量激光器温度,并使用最小二乘法对温度数据进行拟合,使得温度测量精度达到0.01 ℃;使用改进粒子群算法优化(PSO)的PID控制器实现温度控制。仿真实验和实际测试表明,所设计的温度稳定系统能够很好地控制激光器温度,达到目标温度所需的调节时间小于11 s,达到稳态后温度波动在±0.02 ℃内。与传统的温度控制方式相比,所设计的系统能够实现参数自整定并自动调节温度,对大功率激光系统中激光器温度具有良好稳定效果。     

半导体激光器近场图的实验观测

半导体激光器近场图的实验观测杨枫（东北师范大学物理系１３００２４）在许多激光应用中使用的都是半导体激光器，并且往往要求激光器单模输出，所以观测激光器的工作模式非常重要．激光器的纵模可以通过光谱分析观测．半导体激光器谐振腔反射镜很小，所以激光束的方向性...     

基于法布里-珀罗半导体激光器实现高重复频率光脉冲的时钟分频

实验研究了重复速率为6.32 GHz的光脉冲注人法布里-珀罗(Fabry-Perot)半导体激光器实现3.16 GHz光脉冲输出的时钟分频现象,讨论了 Fabry-Perot半导体激光器的偏置电流、注入光功率、注入光光谱以及光谱线宽等因素对时钟分频的影响.利用光注入半导体激光器产生的周期二振荡非线性动力学特性.实现了高重复速率光脉冲的时钟分频.研究表明,当注入光的光谱较窄且锁定Fabry-Perot半导体激光器某一纵模时,在较低的偏置电流和一定的注入光功率时,时钟分频才能发生.采用半导体激光器的速率方程.通过数值模拟,研究了半导体激光器的偏置电流和线宽增强因子以及注入光功率对时钟分频的影响,所得结果与实验结果相吻合.     

半导体面发射微腔激光器及其集成面阵的应用

半导体面发射微腔激光器可用于制作极低激射阈值，高密集度，动态单纵模工作的二维光源，它的光场分布是圆形的，方向性好，耦合效率高，在并行光互连中采用面发射激光器有很多优点，此外，若制成锁相面阵，可以得到相当强的光功率输出。总之，它将可能在光通信，光互连，光信息处理，面阵光源等方面得到重要应用。     

体布拉格光栅外腔红光半导体激光器实验研究

采用反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成红光外腔半导体激光器,对器件输出光特性进行了实验研究。重点研究了体布拉格光栅的位置对红光外腔半导体激光器远场特性的影响。实验结果表明,减小体布拉格光栅与激光器芯片之间的距离可提高激光器的锁模效果,窄化光谱,并且改善慢轴方向的光束发散角。使用衍射效率为20%的体布拉格光栅,可将半导体激光器的输出波长稳定锁定在634 nm附近,光谱线宽压缩至0.7 nm左右,输出功率可达1.06 W。     

声光衍射法测量液体中超声声强的数据处理方法

为将半导体激光器用于构建声光效应及声速声强测量教学实验装置,推导了超声光栅远场衍射光场分布,给出了超声光栅相位调制系数分别与声强和各级衍射光强度的关系,总结了从衍射光场图像提取声强值的数据处理方法.通过建立交替使用氦氖激光器或半导体激光器的实验系统,进行了液体中超声声强测量的比较实验,验证了半导体激光器作为光源实现声光衍射法超声声强测量的可行性.     

高压重频充电电源控制系统的设计

针对激光器电源的应用环境,设计了基于DSP的电源控制系统,使电源具备输出电压0~30 kV可调,重复频率1~100 Hz可调,并提供了远程计算机控制和本地液晶键盘控制两种控制方式。设计了过压、过流、过热、超时等多重保护电路和电源的外触发控制接口。对激光器电源控制系统进行相应的电磁兼容设计,并使用光纤控制及反馈系统,有效地增强了电源控制系统的抗干扰性能。将该电源用于激光器的发光试验,通过调节激光器电源的各种控制参数,可以使激光器的出光强度、出光功率、出光时间等得到调节,从而为各种研究工作提供便利。实验结果表明在进行激光器发光实验时,该电源能够输出幅值稳定、频率符合要求的重频脉冲高压,最高输出电压可达到30 kV,充放电频率可达到100 Hz。     

基于单片机的LD控制系统的设计

为了实现激光器稳定、可靠和准确的功率输出,介绍一种基于单片机实现半导体激光器功率高稳定的控制系统。该系统以MSP430单片机为核心,根据半导体激光器的工作原理,设计了受控恒流源、温度控制系统和光功率反馈系统等部分。此外,系统还具有激光功率的实时控制、显示和设置以及软开关和软保护等功能。功率稳定采用光功率反馈法,温度控制采用高精度PWM驱动的半导体制冷器。光功率稳定度优于0.25%。     

输出功率稳定的二级喇曼光纤激光器特性

提出一种输出功率稳定的二级喇曼光纤激光器,从理论分析角度探讨了它的特性.结果表明：由于在抽运光的二级斯托克斯光频附近的自发辐射光的钳制作用,激光器的一级和二级输出功率几乎都不受抽运功率波动的影响,从而降低了抽运光低频相对强度噪音转移|激光器输出的一级和二级斯托克斯光功率都很稳定,并且通过调节激光器结构中的可变衰减器,可以有效控制一级、二级激光的输出功率以及它们的比值.这些特性表明该喇曼光纤激光器很适合于作为喇曼光纤放大器的抽运源.     

输出功率稳定的二级喇曼光纤激光器特性

提出一种输出功率稳定的二级喇曼光纤激光器,从理论分析角度探讨了它的特性.结果表明:由于在抽运光的二级斯托克斯光频附近的自发辐射光的钳制作用,激光器的一级和二级输出功率几乎都不受抽运功率波动的影响,从而降低了抽运光低频相对强度噪音转移;激光器输出的一级和二级斯托克斯光功率都很稳定,并且通过调节激光器结构中的可变衰减器,可以有效控制一级、二级激光的输出功率以及它们的比值.这些特性表明该喇曼光纤激光器很适合于作为喇曼光纤放大器的抽运源.     

宽面积垂直腔半导体光放大器

在反射模式下,对于970 nm宽面积垂直腔半导体光放大器(VCSOA)的增益和带宽特性进行了实验研究和分析。当注入电流为57％阈值电流、信号输入功率为0.7 W,取得了24.8 dB的放大,测得的放大器的带宽为0.14 nm。实验中测量的增益值大于理论计算值,这是由于宽面积垂直腔光放大器内存在多个横向模式,每个模式都有相应的放大,所以总的增益大于理论计算的某个模式的增益。这种宽面积垂直腔光放大器不仅可以提高增益,而且还能提高信号光的饱和输入功率。对970 nm宽面积VCSOA的结构进行了优化设计,模拟结果表明,要提高半导体激光器的增益和带宽,可以通过适当降低垂直腔面发射激光器的上DBR的反射率来获得。     

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。     

可调谐半导体激光器的瞬时光谱测量方法研究

可调谐半导体激光器在调谐过程中的瞬时光谱特性,如瞬时的波长、调谐率、功率、线型和线宽等参数影响着以激光器为光源的光学测量和光相干通信系统的精度。然而,能够同时测量这些瞬变参数的技术至今未见报道。提出了一个基于时频分析的测量半导体激光器在调谐过程中瞬时光谱参数的方法,利用一个短时延外差测量系统,利用激光器瞬时光谱参数与差拍信号瞬时参数的关系,最终获得了半导体激光器在连续电流调谐过程中的瞬时光谱。测量系统采用了10 cm光程差的Mach-Zehnder干涉仪,调谐电流是幅度为20~120 mA、频率是1 kHz的锯齿波,差拍信号可视为直流信号、载波信号与噪声的叠加,按照短时延相干光测量原理,差拍信号中的直流分量幅度的大小反映了激光器输出光信号的功率;载波信号是一种多项式相位信号,由其频率可以推算激光器输出光谱的中心频率或波长;噪声信号则与激光器输出光谱的线型和线宽相关,通过对噪声信号进行时频分析,可以获知激光器在连续电流调谐过程中每一时刻或每个电流下的瞬时线型、线宽。采用了趋势局部均值分解方法对差拍信号进行了准确分离,并对分离信号分别进行处理,同时获知了半导体激光器在调谐过程中的瞬时输出光功率、光波长、调谐率及线型、线宽。在去掉弛豫部分后截取的整周期差拍信号对应的调谐电流60~115 mA变化范围内,半导体激光器(FRL15DDR0A31-18950, Furukawa)瞬时输出光功率变化范围是5.16~10.6 mW,瞬时光波长变化范围为1 579.2~1 579.6 nm;激光器的瞬时调谐率在0.004 8~0.011 5 nm·mA-1范围内单调变化;线宽是852.55~954.95 kHz,呈非线性随机分布。基于短时延、局部均值分解和时频分析方法的瞬时光谱参数测量系统可以准确得到各瞬时光谱参数,测量结果与激光器的静特性相符,且测量系统结构简单,使我们更深入地理解激光器的工作原理,具有广阔的应用前景。     

相干长度可连续调谐的半导体激光器

实验利用光反馈的方法获得了相干长度连续可调的半导体激光光源.通过调节反馈强度及抽运电流,有效控制了光反馈半导体激光器的相干长度.其相干长度可由无反馈时的几米连续调至100 μm.同时,利用光反馈半导体激光器速率方程,数值模拟了反馈强度及抽运电流对半导体激光器相干长度的影响.实验及数值模拟均表明：通过调节反馈强度的大小可以有效控制半导体激光器的相干长度,光反馈半导体激光器的相干长度随反馈强度的增大而减小,而偏置电流对相干长度无明显影响.模拟结果与实验结果符合. 关键词： 光反馈半导体激光器 相干长度 反馈 混沌     

半导体激光光源光学性能的探讨

在物理实验中,将半导体激光器作为光源的实验很多,但由于其光学性能取决于工作电流的大小与谐振腔的质量,所以了解其适用范围,对于指导教学活动是很有帮助的。     

交叉相位调制提高半导体激光器混沌载波发射机带宽方法

提出半导体激光器混沌交叉相位调制(XPM)光反馈提高混沌载波发射机带宽方法,建立了有外腔光纤传输反馈XPM控制下的激光动力学物理模型.理论导出XPM作用下激光双反馈频率失谐公式,指出XPM产生的非线性相移影响了激光器增益和线宽增强因子,其光纤二阶非线性效应使激光振幅和相位变化更加丰富,而非线性相移的出现进一步增加了新的频率分量并使频谱展宽.数值结果表明,XPM使激光器混沌带宽增加到4倍以上,使激光混沌张弛振荡频率增加到2.85倍,其光纤长度、入纤光功率、面镜反射系数、光纤二阶非线性系数等都能影响激光混沌带宽.     

国产物理实验用半导体激光器输出光谱特性研究

对国产物理实验用半导体激光器的输出光谱特性进行了多方面的实验研究，测量方法和所得结论可供厂家的实验人员参考。