可调谐双波长低抖动增益开关光脉冲的产生

提出了一种产生可调谐双波长低抖动超短光脉冲的新方法。采用外光注入法来降低增益开关F-P激光脉冲的时间抖动,实现了脉冲光谱的双波长可调谐输出。实验中利用两个多量子阱DFB激光器作为外部种子光源,通过温度控制和偏振态调节使外部种子光有效地耦合到增益开关F-P激光器中,输出的光脉冲时间抖动(均方根)从2.57ps降低至1.06ps,双波长的边模抑制比可达25dB。通过改变DFB激光器和F-P激光器的工作温度,可实现波长从1540nm到1560nm的可调谐输出。     

时分副载波半导体DFB激光多路波长锁定器

我们研制成功8路时分副载波半导体DFB激光器波长锁定器.用1kHz正弦时分电信号,分别对8个1.55μm波段的DFB激光器进行1％的幅度调制,每个DFB激光2％的光信号分成两路,一路通过自由光谱区为100 GHz的F-P标准具,另一路作参考光,两路的光电差分信号反馈控制DFB激光器的温度,使每个DFB激光器锁定在各自所需的波长上.测试结果表明波长锁定的激光频率间隔100 GHz,波长锁定精度优于±2.5GHz。该方法同样适用于50GHz频率间隔和更多路的波长锁定.本文着重介绍该锁定器的光电信号处理和控制方法.     

放大自发辐射注入波长锁定法布里-珀罗激光器

波分复用无源光网络(WDM-PON)被认为是接入网的最终解决方案,基于放大自发辐射(ASE)注入波长锁定法布里-珀罗(F-P)激光器的WDM-PON由于其价格低廉和容易实现颜色无关操作而受到极大关注.实验研究了ASE注入波长锁定F-P激光器的ASE增益、边模抑制比(SMSR)和相对强度噪声(RIN)随F-P激光器注入电流和ASE注入功率的变化关系,理论模拟了ASE注入功率和增益一定时,F-P激光器注入电流随其前端面反射率的变化关系,并从实验上进行了验证.研究结果表明,当F-P激光器的注入电流为阈值电流的1.3～1.7倍时,能获得满足应用需要的相对强度噪声和边模抑制比.对于一定的ASE注入功率和输出功率,存在使注入电流最小的最佳前端面反射率.     

DFB半导体激光器自注入锁定失稳因素分析

分布反馈(Distributed Feedback, DFB)半导体激光器具有体积小、成本低和工艺成熟等优势,但兆赫兹量级的线宽使其应用范围受限。采用环形谐振器对其进行自注入锁定,可将线宽压窄到千赫兹量级,但仍存在锁定不稳定的问题。文章采用四只不同的环形谐振器对DFB半导体激光器进行自注入锁定,通过实验监测自注入锁定时多个端口的光功率、偏振态和光波长的变化,揭示影响DFB半导体激光器自注入锁定稳定性的因素有谐振模式跳变、偏振态跳变,以及外界温度和振动引起的锁定环路的相位变化,且使用不同类型的环形谐振器进行锁定时,主导的影响因素不同。控制这些影响因素可以改善DFB半导体激光器自注入锁定的稳定性,使DFB半导体激光器自注入锁定技术有更好的应用效果。     

基于光注入法布里-珀罗激光器的窄带可调谐微波光子滤波器

基于光注入法布里-珀罗(F-P)激光器的波长选择性放大理论,设计并实现了一种窄带可调谐的单通带微波光子滤波器(MPF)。通过改变注入锁定参数,研究了注入锁定参数对中心频率、插入损耗和带外抑制比等性能指标的影响,以及波长功率放大与腔模红移的关系。实验结果表明,通过合理调节注入功率比、主从激光器失谐频率和偏置电流,可以获得带外抑制比为27.9dB、3dB带宽为275 MHz和调谐范围为9~32GHz的MPF。所提结构可以应用于高频、宽带可调谐的滤波选频和光电振荡。     

基于注入锁定激光器的低噪声微波光子变频技术

提出并仿真论证了一种利用马赫-曾德尔调制器(MachZehnder modulator,MZM)以及注入锁定激光器的微波光子变频方法。上支路激光经射频(radio frequency,RF)信号调制实现载波抑制调制后经过滤波器滤出光边带,下支路激光经本振(local oscillator,LO)信号调制实现单边带调制后通过注入锁定激光器实现光的滤波放大,两束光耦合后进入光电探测器(photodetector,PD)拍频实现上下变频。该结构充分利用了注入锁定激光器能够被输入激光锁定的特性,可以获得完美的本振光,因此,能够通过差频产生更好的微波信号。仿真结果表明,该系统无杂散动态范围(spurious free dynamic range,SFDR)大于90 dB·Hz2/3,噪声系数(noise figure,NF)小于30 dB。     

分布式反馈激光器调制特性研究

为了深入了解分布式反馈激光器（DFB）的发光机理与调制特性,通过理论分析和实验对DFB的调谐特性进行了研究。得到FITEL和JDS Uniphase两款激光器调制电流与输出中心波长的对应关系和两种确定系数不同的拟合方程,证明了这两款DFB激光器在实际应用中存在非线性关系。结果表明,FITELFRL15DCWD-A82激光器的3dB带宽与驱动电流幅值关系为3.715pm/mA;该调制结果优化了该激光器的可用相干长度,并验证了驱动信号频率变化不影响3dB光谱宽度。对DFB激光器低频调制特性的定量分析结果可为相干检测系统驱动电路设计提供实验依据。     

基于CPM-FBG的单频窄线宽DFB光纤激光器

利用电弧放电对光纤Bragg光栅(FBG)折射率的调制作用,提出了基于折射率周期调制(CPM)FBG的单频窄线宽分布反馈(DFB)光纤激光器方案。建立了CPM-FBG的数学模型并进行了仿真,验证了CPM-FBG的相移光栅特性;在掺铒光纤(EDF)上制作出CPM-FBG,形成了DFB单频窄线宽光纤激光器,激光器阈值功率为25.4mW,3dB线宽为805Hz,边摸抑制比大于48.8dB。     

应力对相移DFB光纤激光器输出特性的影响

通过对相移DFB激光器的光栅中心位置部分施加应力,可以使得相移光纤DFB激光器工作在单纵模单偏振状态下.在远离中心位置施加应力, 可使得相移DFB激光器成为具有单向取向输出的激光器. 掺Yb3+光纤参数如下:光纤芯径为6.10 μm,截止波长为907 μm.对975 nm的吸收为68 dB/m.相移光纤光栅制作在Yb3+光纤上,长度为10 cm, 相移在光纤光栅的中间.实验所用抽运源为波长为976 nm的带尾纤的半导体激光器,抽运光经WDM进入DFB光纤激光器,激光器运行在1053 nm. 在未加应力前,当抽运功率为78 mW时,DFB激光器的两端最大输出功率为216 μm±10%.用自由光谱范围为640 MHz,精细度为20的扫描F-P干涉仪测量其光谱图, 发现激光运行在双偏振输出状态,用格兰棱镜测量激光输出的偏振特性,消光比仅为1.6 dB. 对光纤光栅的中心位置施加一个应力,这时从扫描F-P所测的光谱来看,激光输出为稳定的单纵模单偏振输出,用格兰棱镜测量其消光比为14 dB,当抽运功率为78 mW时,最大输出功率抽运端达到356 μW,另一端为230 μW. 对离光纤光栅相移区的位置为1cm的地方施加同样的应力,从上述F-P干涉仪所测的光谱来看,激光输出为单纵模输出.格兰棱镜所测消光比为4.14 dB.抽运端最大输出为800,另一端为112. 对离光纤光栅相移区为2 cm的地方施加应力,从扫描F-P干涉仪来看,激光输出为单纵模输出,用格兰棱镜所测消光比为1.47 dB,抽运端最大输出为932 μW,另一端为83 μW.(OC10)     

用注入锁模法改善DFB激光器的频率响应

验证了通过注入锁模方法,分布反馈(DFB)半导体激光器的频率响应可以得到明显的改善.实验中通过一个环形器,将主激光器的输出光注入到从激光器.测量了从激光器在有注入光和没有注入光时的光谱和频率响应.发现在不同的注入光强度和波长下,激光器的调制带宽和弛豫振荡峰频率会发生变化.通过适当选择注入光的强度和波长,频率响应可以得到改善.激光器频率响应的改善可以用两个模式的拍频来解释,一个模式是从激光器的主模,另一个是主激光器的模式,该模式与从激光器的边带重合.该理论与实验结果符合得很好.     

F-P腔锁频压窄窄线宽激光器输出波长精度测试

基于谐振式光纤陀螺系统要求窄线宽、高稳定性激光输出以满足谐振信号频差检测要求,设计了两种不同光路锁频系统并搭建了测试平台,利用波长计实时监控窄线宽激光器锁频前后两种状态下波长的变化情况。对方案二设置两种不同的仪器锁频参数,分别对激光器输出波长的锁频精度进行监控分析,得到不同设置参数可导致锁频精度降低1倍。两种方案测试结果均为锁频后的激光波长变化幅度仅为锁频前的0.2倍,且曲线频率变化光滑平缓,很大程度地压窄了窄线宽激光器输出波长变化幅度,波长变化稳定性得到了很大改善,提高了锁定信息反馈的实时性。进一步实施窄线宽激光谱线的压窄以及PI电路对窄线宽激光频率的有效快速跟踪锁定提供技术支撑。     

Automatic frequency control in a semiconductor laser and an optical amplifier

Automatic frequency control (AFC) in an injection locked or resonant type amplifier in an AlGaAs semiconductor laser was achieved through using the terminal voltage change induced by light injection. Signal-to-noise ratio in the control signal of 10 dB was obtained when the input optical power was -47 dBm and the optical gain Was 51 dB. The AFC was maintained for 3 h with an 0.3-percent output power fluctuation for 2°C ambient temperature change and 65-MHz frequency stability. Step response showed that the system response time was 1.5 s. Sensitivity to input optical power deteriorates at -49 dBm, with a 53-dB locking gain, because of frequency deviation caused by temperature modulation. The second derivative of the induced voltage and it's relation to the optical frequency is constant at5 times 10^{-10}[V/(MHz)²] for all input power levels in a buried-heterostructure (BH)-AlGaAs laser. Terminal voltage change induced by light injection is calculated by simple rate equations with a Gaussian-Halperin-Lax (GHL) bandtail model. Good agreement with experimental results was seen.     

基于注入锁定法布里-珀罗型激光二极管的超宽带信号产生技术

提出了一种基于三波长注入法布里-珀罗型激光二极管(FP-LD)产生超宽带(UWB)信号的方案。在FP-LD不同激射模式中注入一路信号光和两路直流探测光,实现多波长变换并得到两路反码输出和一路正码输出;再通过光纤进行色散走离,使不同波长信号之间产生时延,形成UWB脉冲,最后经过光电转换产生UWB信号。对所提出的UWB信号产生方案的原理进行分析,并对UWB信号的波形以及频谱特性进行了实验研究。在此基础上,进行了1.25Gb/s非归零码(NRZ)信号注入FP-LD产生差分编码UWB信号的实验。实验产生的UWB脉冲信号半峰全宽最小为83.3ps,10dB谱宽约为4.6GHz,其频宽比为107%。     

归零码信号注入FP-LD实现无本振光子上变频系统

提出了一种低速率归零码（RZ-OOK）信号注入法布里-珀罗腔激光二极管（FP-LD）的无本振光子上变频系统。利用外部注入信号光对FP-LD的一个自由振荡模式进行锁定从而得到一个微波的高频振荡,基于注入锁定机理进行了上变频原理分析,并通过实验方式验证了方案的可行性。实验中,2 Gb/s的RZ-OOK信号分别被上变频到12 GHz、14.28 GHz成为副载波信号。     

基于直流光注入直调DFB-LD的可调光毫米波信号产生技术

提出了一种基于直流光注入直接调制分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)的载波可调的光毫米波生成方案,利用直接调制DFB-LD的输出瞬态波长随驱动电流增大而蓝移的特点,将直流光注入至直调DFB-LD的0码波长附近注入锁定。锁定的直调激光器在1码时输出的蓝移波长与原注入波长相位相干,再通过光电探测器将拍频信号转换为调制的光毫米波信号。实验重点讨论了40GHz光毫米波的产生,同时完成了30、40、50和60GHz光毫米波的可调谐性实验。本文的方案结构简单,无需外调制器和微波本振,载波可调并可产生高至60GHz光毫米波信号,可作为光/无线混合接入中成本节省的光上变频方案。     

Narrow-band modulation of semiconductor lasers at millimeter wavefrequencies (>100 GHz) by mode locking

The possibility of mode locking a semiconductor laser at millimeter wave frequencies approaching and beyond 100 GHz was investigated theoretically and experimentally. It is found that there are no fundamental theoretical limitations in mode locking at frequencies below 100 GHz. At these high frequencies, only a few modes are locked and the output usually takes the form of a deep sinusoidal modulation which is synchronized in phase with the externally applied modulation at the intermodal heat frequency. This can be regarded for practical purposes as a highly efficient means of directly modulating an optical carrier over a narrow band at millimeter wave frequencies. Both active and passive mode locking are theoretically possible     

同步抽运锁模的掺镱光纤激光器

同步抽运锁模是一种调制增益的锁模技术，就是调节抽运光的调制频率使之等于激光器纵模间隔的整数倍。通过对抽运光源半导体激光器的驱动电流进行正弦调制，实现了掺镱光纤激光器(YDFL)的同步抽运锁模。通过调整抽运激光器的调制频率，在相应于二次谐波锁模，4阶有理数谐波锁模条件下分别得到了较窄的脉冲输出。对重复频率625kHz的二次谐波锁模脉冲序列，脉冲宽度小于20ns，约为抽运光宽度的1／40；平均输出功率2．34mw，能量转换效率约为5％。     

Injection locking in AlGaAs semiconductor laser

Injection locking of AlGaAs double-heterostructure (DH) lasers was studied with respect to locking bandwidth, required power, and coherence. The relation of the locking bandwidth versus the ratio of locked laser power to injected power was consistent with the classical analysis on injection locking phenomena reported by Adler [2]. The measured maximum locking bandwidth was 5.8 GHz when the locking gain was 18 dB. A maximum gain of 40 dB was observed with a 500 MHz locking bandwidth. The power increase in the injected mode agrees well with theoretical values calculated with the van der Pol equation. The interference pattern was observed between an injecting beam and a locked laser beam. Visibility was the same as that obtained by the interference between forward and backward emitted beams in an identical free-running laser. Spurious mode suppression was observed when a single-frequency optical power is injected into an RF-modulated laser. Single longitudinal mode operation was obtained at a sufficiently high injecting level.     

利用基带直调信号注入锁定半导体激光器产生全光上变频信号的研究

提出了一种将低速基带信号直调产生的宽谱信号,注入至用于上变频的分布反馈式半导体激光器(DFB-LD),利用调制信号光谱中的高阶分量对从激光器进行相位锁定,从而产生光学上变频信号的方法。对直调信号注入锁定DFB-LD产生光学上变频信号的机理进行了理论分析,完成了2.5Gb/s伪随机码基带信号通过直调并注入从激光器,分别产生了30,35,40GHz副载波频率的全光上变频信号的实验,并在时域和频域上,对上变频信号的特征进行了研究。该方案结构简单,无需高速外调制器及高频本振,具有集成潜力,理论上可产生更高载频(如60GHz),对目前的光-无线混合接入提供了一种可行的解决方案。     

CW injection seeding of a modelocked semiconductor laser

The authors extended the injection locking technique to control the output of a modelocked semiconductor laser with an external continuous-wave (CW) signal. With this injection seeding technique, over 8 mW of average power in 30 ps pulses with side cluster suppression of over 20 dB was obtained from an actively modelocked AlGaAs semiconductor laser. This average output power compares favorably with the 12 mW W output power of the extended resonator. The frequency spectrum of the laser is determined by the background noise level as set by the spontaneous emission. Injection seeding overrides the noise and concentrates over 99% of the available energy in a single nearly transform-limited pulse