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准直透镜失调对Littman-Metcalf光栅外腔激光器线宽的影响

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红外与激光工程 2022年第4期51卷 178-185页

作者：周平吴永前张蓉竹四川大学电子信息学院四川成都610065 中国科学院光电技术研究所四川成都610209

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础,对Littman-Metcalf型外腔半导体激光器的工作原理进行了说明,并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄以及模式选择机制,采用严格的耦合理论和光线变换矩阵推导了系统结构参数对光场耦合效率... 详细信息

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础,对Littman-Metcalf型外腔半导体激光器的工作原理进行了说明,并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄以及模式选择机制,采用严格的耦合理论和光线变换矩阵推导了系统结构参数对光场耦合效率影响的计算公式。同时,对影响LittmanMetcalf外腔激光器输出激光线宽的几个重要因素进行了分析,重点讨论了系统中准直透镜位置失调导致的线宽变化规律。计算结果表明:合理地控制Littman-Metcalf光栅外腔半导体激光器的外腔参数可以将中心波长为785 nm半导体激光器的本征线宽压窄四个数量级,该外腔系统中准直透镜位置失调会影响系统出射光场与经外腔反馈光场之间的耦合效率,进而影响光栅外腔半导体激光器的输出线宽。

关键词：外腔激光器耦合效率线宽透镜失调装调容差

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外腔激光器无跳模调谐性能研究

外腔激光器无跳模调谐性能研究

作者：王智辉华中科技大学

学位级别：硕士

新型超高分辨率（0.1 pm量级）光谱分析系统在光纤通信与传感中得到越来越广泛的应用。具有无跳模调谐范围大、输出功率高、线宽窄等特点的可调谐光源是其重要组成部分,直接决定了系统光谱分辨能力的高低。本文重点围绕外腔激光器的无... 详细信息

新型超高分辨率（0.1 pm量级）光谱分析系统在光纤通信与传感中得到越来越广泛的应用。具有无跳模调谐范围大、输出功率高、线宽窄等特点的可调谐光源是其重要组成部分,直接决定了系统光谱分辨能力的高低。本文重点围绕外腔激光器的无跳模调谐特性展开了相关研究工作,主要内容包括:（1）给出了外腔可调谐激光器的基本数学模型,建立了外腔结构下描述载流子和光子互作用的速率方程组,介绍了Schawlow-Townes线宽模型并分析了影响线宽的主要因素,推导了表征外腔激光器无跳模调谐特性的数学表达式。（2）针对基于SBS效应的超高分辨率光谱分析系统对可调谐光源的大范围无跳模调谐的需求,对外腔激光器进行了结构选型和优化设计,仿真分析了Littman型外腔激光器P-I特性、线宽特性和无跳模调谐特性。结果表明:通过优化旋转点误差可以大幅改善激光器的无跳模调谐特性,优化后的Littman型外腔激光器波长调谐范围可以覆盖1530-1560 nm,无跳模调谐范围大于100 GHz,线宽小于200 k Hz,在注入电流为300 m A时输出功率约为23.6 m W,有望较好地满足上述应用需求。（3）搭建了Littman型外腔激光器的实验装置,实验研究了该激光装置的P-I特性、线宽特性和无跳模调谐特性。结果表明:优化后的Littman型外腔激光器波长调谐范围为1525-1575 nm,无跳模调谐范围约为131.3 GHz,线宽约为71 k Hz,在注入电流为300 m A时输出功率约为25 m W,满足基于SBS效应的超高分辨率光谱分析系统对可调谐光源的需求。（4）提出了一种基于短光纤延时自外差结构和功率谱双参量提取算法的100 Hz量级超窄线宽测量方案,具有结构简单、受1/f噪声影响小、光纤长度误差容忍度高等优点。

关键词：光谱分析外腔激光器可调谐跳模线宽测量

基于光纤光栅外腔激光器的全光波长转换器的阈值转换特性

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光子学报 2001年第8期30卷 981-984页

作者：马军山耿健新陈高庭方祖捷中国科学院上海光学精密机械研究所

使用半导体激活介质的增益饱和效应 ,描述了激光器型全光波长转换器波长转换机制及其阈值转换特性 .实验研究了基于光纤光栅外腔半导体激光器的全光波长转换器的阈值转换特性 ,结果表明以此器件作为波长转换器可以将信号的消光比由 5d ... 详细信息

使用半导体激活介质的增益饱和效应 ,描述了激光器型全光波长转换器波长转换机制及其阈值转换特性 .实验研究了基于光纤光栅外腔半导体激光器的全光波长转换器的阈值转换特性 ,结果表明以此器件作为波长转换器可以将信号的消光比由 5d B提高到 3 0 d B,并可将信号的强度起伏抑制到 0 d B,可实现部分信号数字再生功能 .

关键词：全光波长转换外腔激光器增益饱和阈值转换光纤光栅 WDM 强度起伏

波长可切换外腔激光器及其在激光雷达中的应用

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波长可切换外腔激光器及其在激光雷达中的应用

作者：彭喜庆浙江师范大学

学位级别：硕士

差分吸收激光雷达(Differential Absorption Lidar,DIAL)在大气有害气体探测领域具有重要的应用价值,其光源对DIAL的性能起决定作用。传统的DIAL系统是基于脉冲式激光搭建的,其造价昂贵且维护成本高,难以推广至大范围环境监测网络。新... 详细信息

差分吸收激光雷达(Differential Absorption Lidar,DIAL)在大气有害气体探测领域具有重要的应用价值,其光源对DIAL的性能起决定作用。传统的DIAL系统是基于脉冲式激光搭建的,其造价昂贵且维护成本高,难以推广至大范围环境监测网络。新近发展的沙姆成像差分吸收激光雷达技术采用了连续波激光器,具有系统造价低、集成度高、性能稳定等优点。本文以探测二氧化氮(NO)的沙姆成像差分吸收激光雷达的激光光源需求为目标,针对现有商用蓝光半导体激光器谱线宽、波长难调谐等缺点,搭建了一套波长可切换外腔激光器,研究了其输出功率、波长调谐、激光线宽等特性;进一步以该激光器作为光源搭建了一套用于大气NO探测的沙姆成像差分吸收激光雷达系统。本文主要工作如下:一、采用Littrow结构,基于商用高功率蓝光半导体激光器和电控PZT驱动的光栅,构建了波长可切换外腔激光器。在注入电流I=3.2 A时,波长可切换外腔激光输出功率为3.3 W,线宽为0.11 nm,调谐范围为2.1 nm。对比全息光栅和刻线光栅在外腔激光器线宽压缩、波长调谐和输出功率的输出特性,得到全息光栅外腔激光器拥有更好的输出特性:当注入电流I=1 A、2 A、3 A时,调谐范围为2.57 nm、2.41 nm、1.76 nm;线宽压缩至0.07 nm,0.09 nm,0.08 nm,减少了一个数量级。功率电流曲线斜率为1.12 W A,在波长调谐范围中心位置,边模抑制比高达45 d B。针对NO的差分吸收波长448.1 nm(λ)和449.5 nm(l),采用电控PZT驱动光栅实现激光波长切换,研究了波长切换频率为50 Hz和16.7 Hz的激光功率动态特性,实验表明激光器具有良好的功率重复性和波长切换特性。二、基于波长可切换外腔激光器搭建了一套沙姆成像NO差分吸收激光雷达系统。该系统采用伽利略式望远镜结构分别对外腔激光器输出光束的快轴和慢轴进行准直扩束以提高激光束亮度;通过两块滤光片叠加产生445 nm-450 nm的窄带带通滤光片减弱背景噪声。利用该系统进行了大气NO浓度探测实验,系统探测距离3 km,得到正常夜间大气NO浓度N=25 ppb,与本地空气质量监测站的监测数据基本一致,实验结果表明该系统对大气NO浓度可进行有效监测。本文创新性地研制了新型NO沙姆成像差分吸收激光雷达所需的激光器,并进行了雷达系统大气NO浓度探测实验。相关研究对进一步提升NO沙姆成像差分吸收激光雷达性能、降低成本和扩大市场应用具有重要意义。

关键词：波长可切换窄线宽外腔激光器沙姆成像 NO2差分吸收激光雷达

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新型电调谐傅立叶变换外腔激光器研究

光电子技术 2004年第3期24卷 199-204页

作者：田晓洁张江水段云锋王宏杰吕福云南开大学物理科学学院光电信息科学系天津300071

介绍了一种新型的带有液晶或微反射镜阵列的傅立叶变换外腔结构 ,这种腔结构可以广泛应用于半导体激光器和高功率掺稀土离子的双包层光纤激光器。用它不仅可以实现扩展增益 ,快速、高精度、重复性好的宽范围调谐 ,可变波长间隔的多波长... 详细信息

介绍了一种新型的带有液晶或微反射镜阵列的傅立叶变换外腔结构 ,这种腔结构可以广泛应用于半导体激光器和高功率掺稀土离子的双包层光纤激光器。用它不仅可以实现扩展增益 ,快速、高精度、重复性好的宽范围调谐 ,可变波长间隔的多波长激光运转 ,而且还可以在外腔中插入周期极化晶体实现腔内倍频。

关键词：外腔激光器傅立叶变换外腔多颜色运转增益扩展宽调谐范围

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基于硅基氮化硅波导的外腔激光器研究

真空 2021年第5期58卷 77-79页

作者：陈家荣王东辰彭麦菊贵州民族大学材料科学与工程学院贵州贵阳550025 南京电子器件研究院江苏南京210016

本论文展示了一种可调谐硅基外腔激光器,调谐范围在C波段(1540~1560nm),该激光器使用端面直接耦合(edge coupling)方式将SOA(Semiconductor Optical Amplifier)与硅基Si_(3)N_(4)波导集成。通过设计硅基Si_(3)N_(4)波导微环结构行成激... 详细信息

本论文展示了一种可调谐硅基外腔激光器,调谐范围在C波段(1540~1560nm),该激光器使用端面直接耦合(edge coupling)方式将SOA(Semiconductor Optical Amplifier)与硅基Si_(3)N_(4)波导集成。通过设计硅基Si_(3)N_(4)波导微环结构行成激光器外腔,激光器边模抑制比(side-mode suppression,SMSR)可达64dB。使用热调方式对微环进行等效折射率调节,实现了激光器粗调(coarse tune)与精调(fine tune)相结合,调节精度可达0.04nm。

关键词：外腔激光器 Si_(3)N_(4)波导半导体光放大器边模抑制

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GaN基蓝光可调谐外腔激光器

舰船电子对抗 2021年第6期44卷 117-120页

作者：丁源柏磊海军装备部驻扬州地区军代室江苏扬州225101 中国船舶重工集团公司第七二三研究所江苏扬州225101

以目前市面上商用的高功率GaN基蓝光半导体激光器为光源,搭建了Littman型外腔激光器,研究了其波长可调谐范围、输出功率、输出光谱等特性。经验证,该激光器具备良好的性能,在1500 mA的注入电流下,实现了3.1 nm的调谐带宽,从454.3 nm到45... 详细信息

以目前市面上商用的高功率GaN基蓝光半导体激光器为光源,搭建了Littman型外腔激光器,研究了其波长可调谐范围、输出功率、输出光谱等特性。经验证,该激光器具备良好的性能,在1500 mA的注入电流下,实现了3.1 nm的调谐带宽,从454.3 nm到457.4 nm,输出功率超过640 mW。此外,在360 mA注入电流下,谱线宽度从1 nm(自由运行宽度)压窄到0.2 nm,放大自发辐射抑制比大于35 dB,具有良好的波长锁定特性。光栅耦合蓝光EC激光器具有波长调谐灵活、输出功率高、谱线窄等优点,在全息数据存储、激光冷却、气体测量和光学倍频等方面拥有潜在的应用前景。

关键词：外腔激光器氮化镓 Littman

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基于半导体外腔激光器的光反馈研究

通信技术 2013年第6期46卷 142-144,151页

作者：龙睿王海龙龚谦宋志棠封松林曲阜师范大学物理工程学院山东曲阜273165 中科院上海微系统与信息技术研究所上海200050

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础,对Littrow型的外腔半导体激光器的结构进行了说明。根据等效反射系数的概念,推导出外腔反馈作用下阈值增益的公式和线宽压窄公式,并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄机制。同时,对影响Li... 详细信息

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础,对Littrow型的外腔半导体激光器的结构进行了说明。根据等效反射系数的概念,推导出外腔反馈作用下阈值增益的公式和线宽压窄公式,并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄机制。同时,对影响Littrow型光栅外腔半导体激光器阈值增益和线宽压窄的各种因素进行了分析,发现外腔的反馈相当于增加了端面的反射率,阈值增益变小,在相同的输出功率下,增大受激辐射,抑制自发辐射,从而使线宽减小。

关键词：外腔激光器稳定性阈值增益线宽

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硅基微环谐振腔在混合外腔激光器中的应用

硅基微环谐振腔在混合外腔激光器中的应用