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795 nm亚波长光栅耦合腔垂直腔面发射激光器的超窄线宽特性

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物理学报 2021年第22期70卷 107-113页

作者：张福领付丽珊胡丕丽韩文杰王宏卓张峰关宝璐中国电子科技集团公司第二十七研究所郑州450047 北京工业大学光电子技术教育部重点实验室北京100124

基于共振耦合腔理论,提出并设计了基于亚波长光栅耦合腔的795 nm垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL),利用COMSOL软件有限元方法对多光腔耦合线宽压窄机制和影响因素进行了详细分析,研究发现,当光子在多... 详细信息

基于共振耦合腔理论,提出并设计了基于亚波长光栅耦合腔的795 nm垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL),利用COMSOL软件有限元方法对多光腔耦合线宽压窄机制和影响因素进行了详细分析,研究发现,当光子在多耦合腔中进行谐振时,通过合理设计光栅耦合腔参数,精确调控激光器多耦合腔相位匹配,极大地促进了光谱线宽共振压窄效应,并最终获得了高光束质量795 nm VCSEL 激光器的超窄线宽输出.理论结果表明,当耦合腔间隔层厚度为180 nm时,反射光谱冷腔线宽Δλ_(c)可以达到7 pm,为实现VCSEL激光器kHz量级光谱线宽输出奠定了理论基础.

关键词：共振耦合腔垂直腔面发射激光器超窄线宽亚波长光栅

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超窄线宽导模共振滤波器的设计

半导体光电 2019年第1期40卷 72-76页

作者：刘振扬关宝璐胡丕丽梁津北京工业大学光电子技术教育部重点实验室北京100124

亚波长光栅导模共振滤波器,具有高峰值反射率、低旁带反射和窄带等特点,能够实现基于高低折射率介质的滤波器所无法达到的独特功能。设计了中心波长为852nm的带有间隔层、线宽可控的超窄线宽导模共振滤波器,并分析了主要参数对反射光谱... 详细信息

亚波长光栅导模共振滤波器,具有高峰值反射率、低旁带反射和窄带等特点,能够实现基于高低折射率介质的滤波器所无法达到的独特功能。设计了中心波长为852nm的带有间隔层、线宽可控的超窄线宽导模共振滤波器,并分析了主要参数对反射光谱的影响。选择弱调制的介质作为光栅层,并在光栅层和波导层之间插入一层低折射率的介质作为间隔层来减小光栅层和波导层之间的耦合强度,进而使导模共振滤波器的线宽达到0.02nm的超窄程度,并且该结构中的光栅厚度、占空比等对反射光谱的影响极小,均利于其工艺制备。

关键词：亚波长光栅导模共振滤波器超窄线宽

一种基于分布反馈光纤激光器的超窄线宽布里渊光纤激光器

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激光与光电子学进展 2020年第7期57卷 213-218页

作者：李亚方王春雨祁海峰李鲁艳时书华倪家升赵燕杰山东建筑大学理学院山东济南250101 山东省科学院激光研究所山东济南250103

介绍了一种基于分布反馈光纤激光器的超窄线宽布里渊光纤激光器。采用布里渊环形腔结构,以分布式反馈光纤激光器作为布里渊泵浦光源,以输出波长为980nm的半导体激光器作为腔内掺铒激光放大的泵浦光源,实现了超窄线宽的布里渊激光输出。... 详细信息

介绍了一种基于分布反馈光纤激光器的超窄线宽布里渊光纤激光器。采用布里渊环形腔结构,以分布式反馈光纤激光器作为布里渊泵浦光源,以输出波长为980nm的半导体激光器作为腔内掺铒激光放大的泵浦光源,实现了超窄线宽的布里渊激光输出。布里渊环形腔腔长为10m,加偏振控制后可获得单频布里渊激光输出。为保证激光器的单纵模输出,分布反馈光纤激光器和半导体激光器泵浦光源功率应分别不低于20mW和50mW。泵浦光源输出功率最大为250mW时,最终布里渊激光输出功率超过15mW,线宽可小于100Hz。

关键词：光纤激光器超窄线宽分布式反馈布里渊光纤激光器

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超窄线宽多波长光纤激光器研究

超窄线宽多波长光纤激光器研究

作者：徐攀国防科学技术大学

学位级别：硕士

多波长激光(MWL)光源是大规模光纤水听器阵列波分复用(WDM)系统的关键器件,特别是在相位载波(PGC)解调非平衡干涉仪光纤水听器阵列中,不仅要求光源具有多波长特性,同时还必须具有超窄线宽、高稳定和可调谐特性。因此,对超窄线宽多波长... 详细信息

多波长激光(MWL)光源是大规模光纤水听器阵列波分复用(WDM)系统的关键器件,特别是在相位载波(PGC)解调非平衡干涉仪光纤水听器阵列中,不仅要求光源具有多波长特性,同时还必须具有超窄线宽、高稳定和可调谐特性。因此,对超窄线宽多波长激光器进行研究对光纤水听器技术的发展具有重要意义。本论文通过理论分析、数值仿真和实验研究,对超窄线宽双波长掺铒光纤激光器的实现方案进行了探索。主要工作如下: 1.引入基于掺铒光纤(EDF)Giles模型的多种简化模型,在不同近似水平下对掺铒光纤特性及掺铒光纤激光器(EDFL)进行了解析研究。建立环形腔掺铒光纤激光器仿真模型,对带有前后向放大自发辐射(ASE)噪声的单波长和多波长振荡进行仿真,优化设计激光器参数。利用解析模型推导了增益均衡方式实现普通环形腔内双波长平衡出射的条件,并得到仿真和实验验证。仿真结果表明,可通过增益均衡方式实现双波长平衡出射;在均匀增益加宽模型下,损耗谱的微小变化对激光的模式竞争过程具有强烈影响,0.05dB的损耗偏离将导致平衡破坏。 2.对三种基于增益均衡与损耗控制技术的双波长环形激光器实现结构进行了实验研究,均获得双波长输出。基于光纤布拉格光栅(FBG)并联型结构,调整抽运功率、模式损耗以及波长间隔得到了各参量与双波长输出功率的关系。结果表明,远离阈值情况下,双模能稳定振荡,环形腔内损耗的稳定性对双波长平衡影响较大,0.3dB的波动将导致双模平衡振荡破坏,使得一个模式湮灭。通过稳定系统的损耗,测得双波长激光器两个波长输出功率波动小于0.5dB。 3.测量了未抽运掺铒光纤的饱和吸收特性和驻波诱导增益烧孔导致的损耗波长相关特性,为超窄线宽激光器研究奠定了基础。设计了FBG串联型和并联型双波长超窄线宽激光器进行实验,结果表明串联型结构无法实现超窄线宽双波长激光器,而并联型结构可获得双波长输出,但两个模式由于模式竞争无法达到功率平衡:两波长功率相差30dB。通过调整损耗,可获得具有波长开关特性的双波长激光器。双波长激光器以及双波长超窄线宽激光器的实验研究结果表明,窄线宽的多波长激光器容易获得,超窄线宽双波长激光器由于模式竞争机制而难以实现;因此寻求超窄线宽双波长掺铒光纤激光器的稳定工作方案是下一步研究的方向。

关键词：光纤激光器双波长多波长超窄线宽模式竞争

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超窄线宽光纤环形腔激光器跳模研究

超窄线宽光纤环形腔激光器跳模研究

作者：马明祥国防科学技术大学

学位级别：硕士

随机跳模现象降低了超窄线宽掺铒光纤环形腔激光器(UNLW-EDFRL)的稳定性,从而制约着这一具有高相干、快速调谐及低噪声等优良特性的光源进一步走向实用。为满足军事和航天等高可靠系统的需求,探索高相干光源随机跳模的抑制方案具有迫切... 详细信息

随机跳模现象降低了超窄线宽掺铒光纤环形腔激光器(UNLW-EDFRL)的稳定性,从而制约着这一具有高相干、快速调谐及低噪声等优良特性的光源进一步走向实用。为满足军事和航天等高可靠系统的需求,探索高相干光源随机跳模的抑制方案具有迫切的现实意义。本文对UNLW-EDFRL随机跳模现象进行了深入的理论和实验研究,得到了典型的跳模规律和基本的跳模机理,为进一步探明跳模机理和推动跳模抑制技术的发展奠定了基础。论文的主要研究内容和成果如下: 1.建立了掺铒光纤环形腔激光器双模瞬态跳模模型,对基于损耗突变和缓变触发跳模的机理进行仿真,为跳模导致输出功率突变和相对强度噪声增大两种情况寻找到理论解释。 2.对激光器压缩线宽的核心器件饱和吸收体光栅(SAG)的稳态特性进行了仿真,结果表明SAG具有超窄带滤波特性,起到抑制跳模的作用,而过强的信号光会破坏SAG,这是导致强抽运下跳模频率增大的主要原因。 3.在分析跳模对激光器典型性能影响的基础上,对F-P干涉仪、强度检测法、干涉仪相干度法、PGC相位解调法及相位工作点法测量跳模参量进行了实验研究,明确了每种方法的测量范围,为跳模规律测量和跳模机理分析提供了技术保证。 4.设计并搭建了三路同步跳模检测系统,对抽运功率、腔长调制对激光器跳模性能的影响进行了深入的实验研究。首次测量了由抽运功率和腔长调制电压标定的表征光纤激光器跳模特性的跳模地图,为进一步分析跳模机理获得了重要的理论数据。

关键词：光纤激光器模式跳变跳模检测跳模机理超窄线宽

基于导模共振耦合腔超窄线宽VCSEL的设计与模拟

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基于导模共振耦合腔超窄线宽VCSEL的设计与模拟

作者：胡丕丽北京工业大学

学位级别：硕士

垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有阈值电流低、单纵模激射、模式稳定性好、易与光纤耦合等众多优点,这也使得VCSEL被广泛地应用到光通信、光互连、光计算和医疗等领域中。因此,具有调制速率高、输出功率大、耗散低、温度特性好的高性能VC... 详细信息

垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有阈值电流低、单纵模激射、模式稳定性好、易与光纤耦合等众多优点,这也使得VCSEL被广泛地应用到光通信、光互连、光计算和医疗等领域中。因此,具有调制速率高、输出功率大、耗散低、温度特性好的高性能VCSEL正被广泛研究和报道。特别是随着原子钟、原子陀螺仪及光泵磁力仪等高新技术领域的不断发展,超窄线宽、单偏振的高光束质量VCSEL越来越成为人们的研究热点。本论文基于亚波长光栅的导模共振耦合腔,将其与垂直腔面发射激光器相集成,利用导模共振耦合腔具有高反射率和窄线宽的特性,提出了一种基于导模共振耦合腔的窄线宽VCSEL结构设计。本文主要研究工作内容归纳如下:1.首先,根据垂直腔面发射激光器的物理机制,研究了VCSEL的基本结构和工作原理。根据线宽公式,分析了影响激光器线宽的因素,包括激光器的无源腔线宽,线宽增强因子,自发发射因子以及激光增益。基于导模共振的基本原理,研究了亚波长光栅衍射光子发生共振的条件,并且分析了反射相位与反射谱线宽之间存在的关系,以及每层结构的相位变化的影响。最后得到VCSEL谐振腔中光波相位与导模共振耦合腔中的光波相位变化关系。2.通过基于有限元分析法的COMSOL Multiphysics软件模拟导模共振耦合腔。建立了导模共振耦合腔物理模型,分析其反射特性,并对导模共振耦合腔的各个结构参数(光栅周期、光栅厚度、间隔层厚度等)进行扫描仿真,研究器件结构参数对反射相位和反射光谱线宽的影响。最终通过确定各个结构参数得到优化之后的器件,得到超窄线宽2pm的导模共振耦合腔器件。之后,对比不同材料结构对反射特性的影响,模拟分析了各个结构参数尺寸的误差对性能的影响。结果表明光栅周期和波导层厚度对中心波长影响较大,其他结构参数在工艺误差范围内,对中心波长和反射线宽影响较小。3.开展基于导模共振耦合腔超窄线宽VCSEL研究与设计。通过调整结构参数比如光栅周期,限制层厚度,使得腔内光波相位位置变化,导模共振耦合腔与VCSEL谐振腔相互耦合,得到795nm窄线宽VCSEL。将其与传统VCSEL谐振腔反射谱的半高全宽(FWHM)相比小了2个数量级。根据线宽公式可知,VCSEL腔反射谱的半高全宽对VCSEL激射线宽影响较大,通过改变导模共振耦合腔的结构参数,增强对波长的精确选择,得到更窄线宽的VCSEL反射谱。集成导模共振耦合腔的VCSEL线宽达到了kHz量级,与传统激光器相比,减小了3个数量级以上。计算结果表明,功率为10mW时,反射谱线宽Δv为7pm,VCSEL线宽达到了21.67kHz。

关键词：垂直腔面发射激光器超窄线宽导模共振耦合腔

一种超窄线宽双向反馈的多波长布里渊光纤激光器

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光电技术应用 2014年第1期29卷 18-21页

作者：徐雨萌王国政刘艳阳彭玲玲刘昕男寇艳强吴柯鑫长春理工大学理学院吉林长春130022

提出一种超窄线宽双向反馈的多波长布里渊光纤激光器。一个2×2的3 dB耦合器连接10 km的普通的单模光纤(SMF)作为布里渊增益环,分布反馈式半导体激光器作为布里渊抽运源,两个光环行器实现多波长激光的输出和反馈,没有加入掺铒光纤线性... 详细信息

提出一种超窄线宽双向反馈的多波长布里渊光纤激光器。一个2×2的3 dB耦合器连接10 km的普通的单模光纤(SMF)作为布里渊增益环,分布反馈式半导体激光器作为布里渊抽运源,两个光环行器实现多波长激光的输出和反馈,没有加入掺铒光纤线性增益结构。当布里渊功率为80 mW时,在10 km单模光纤中产生受激布里渊散射效应,而获得反向传输的多阶斯托克斯光。不包括抽运光,共观察到12个波长的斯托克斯光输出,波长间隔为0.088 nm,输出激光线宽达300 kHz。

关键词：光纤激光器多波长受激布里渊散射超窄线宽无线性放大

基于保偏相移光纤布拉格光栅和饱和吸收体的超窄线宽光纤激光器

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基于保偏相移光纤布拉格光栅和饱和吸收体的超窄线宽光纤激光器

基于新型含氯光热敏折变玻璃的全息体光栅制备和性能

2015年（第七届）西部光子学学术会议

作者：范照晋曾晓东西安电子科技大学物理与光电工程学院

本文描述并实现了一种基于未泵浦掺铒光纤饱和吸收体和包括相移光纤布拉格光栅等在内的保偏器件的超窄线宽单纵模掺铒光纤环形腔激光器。此光纤激光器得益于足够长的掺铒光纤和偏振保持特性,所以具有较高的泵浦效率(光能到光能),约为15... 详细信息

本文描述并实现了一种基于未泵浦掺铒光纤饱和吸收体和包括相移光纤布拉格光栅等在内的保偏器件的超窄线宽单纵模掺铒光纤环形腔激光器。此光纤激光器得益于足够长的掺铒光纤和偏振保持特性,所以具有较高的泵浦效率(光能到光能),约为15%。激光器的稳定单纵模输出由保偏器件和饱和吸收体保证,其输出激光3db线宽约为1.2KHz。

关键词：超窄线宽相移光纤布拉格光栅饱和吸收体保偏器件

来源： cnki会议评论

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硅酸盐学报 2024年第8期52卷 2509-2516页

作者：闫运浩柴聪鹏郭凌伟华有杰徐时清赵士龙中国计量大学光电材料与器件研究院杭州310018 中国计量大学浙江省光电材料与器件重点实验室杭州310018 杭州电子科技大学电子信息学院杭州310018

体Bragg光栅是实现半导体激光器超窄线宽激光输出的核心元件。采用高温熔融法制备了一种玻璃体系为SiO_(2)-Na_(2)O-Al_(2)O_(3)-ZnO(F^(–)、Cl^(–))的新型含氯光热敏折变玻璃(PTR glass)。结果表明:在含氯PTR玻璃中析出了NaF纳米晶,... 详细信息

体Bragg光栅是实现半导体激光器超窄线宽激光输出的核心元件。采用高温熔融法制备了一种玻璃体系为SiO_(2)-Na_(2)O-Al_(2)O_(3)-ZnO(F^(–)、Cl^(–))的新型含氯光热敏折变玻璃(PTR glass)。结果表明:在含氯PTR玻璃中析出了NaF纳米晶,并测得晶粒大小为5 nm,玻璃保持很高的透明度。Cl^(–)的引入使得PTR玻璃的等离子体吸收峰由450 nm蓝移至413 nm,为开发低吸收损耗的可见和近红外光范围元器件提供了更大可能。采用全息曝光和分步热处理工艺制得衍射效率为67.95%、半高全宽仅为0.057 nm的1.5μm超窄线宽体Bragg光栅。

关键词：光热敏折变玻璃体Bragg光栅超窄线宽半导体激光器