射线法研究外腔半导体激光器的调谐范围

利用由射线法导出的广义两段式半导体激光器的输出光谱的表达式，讨论了外腔式半导体激光器（ＥＣＬＤ）的调谐范围，当ＥＣＬＤ调谐到半导体激光二极管的共振波长附近振荡时，可以重到ＥＣＬＤ的最大调谐范围；当激光器调谐到半导体激光二极管的反共振波长附近振荡时，可以获得ＥＣＬＤ的准连续调谐范围；同时，还求得了实现准连续调谐所需的面向外腔的半导体二极管端面的反射率。     

外腔半导体激光器动态模稳定性的研究

为了研究调谐过程中外腔半导体激光器的模稳定性,采用多光束干涉理论推导Littrow结构外腔半导体激光器的腔增益,并模拟其模结构。分析了光栅面和转臂不在同一平面的情形下,在光栅转动调谐时,通过匹配光栅的反馈波长变化率与外腔波长变化率,推导出最佳的初始外腔长度,并研究了动态模稳定（无跳模调谐）的范围;采用严格的耦合理论和光线变换矩阵分析了准直（耦合）透镜的位置对系统后向耦合效率的影响。结果表明,系统后向耦合效率最大可达99%,极大地压窄了中心波长为780nm半导体激光器的线宽,外腔半导体激光器的理论线宽为未加外腔时的0.96%,动态模稳定范围可达6.8nm。     

外腔半导体激光器的设计与高次谐波稳频

首先讨论了半导体激光器外腔结构参量对激光连续可调范围影响的理论计算方法，给出了Littrow结构外腔半导体激光器调谐范围的计算结果。然后介绍了半导体激光器外腔结构参量的具体设计，利用该设计得到了出射激光线宽小于1 MHz、连续可调谐范围可达3 GHz的780 nm波段外腔半导体激光器。接着讨论了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频，优化激光频率短期稳定度的方法。最后根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频，得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

应用增益杠杆效应提高分布反馈激光器的波长可调谐范围

在三段电注入应变多量子阱分布反馈激光器中，应用增益杠杆效应扩大了波长的可调谐范围。对其中两段加固定偏置直流电流，另一段作为控制段（其长度为总腔长的０．３３）。随着对控制段注入电流的增加，发射波长会往长波方向移动。其波长连续可调谐范围（不含跳模）在１．５３８μｍ波段可达０．８２ｎｍ。经过跳模后尚可连续调谐。     

外腔中激光二极管模式内的调谐

作为研究外腔半导体激光器（ＥＣＬＤ）双稳特性的第一步，我们研究了在激光二极管模式内可能实现外腔振荡的相对调谐范围，在此基础上，我们导出了归一化到激光二极管模式间距的相对调谐范围，讨论了外腔反射率的影响。     

光栅调谐外腔半导体激光器特性

用一端面镀制高效减反射膜的激光二极管（实际已变成超辐射发光二极管），作为外腔中的增益介质与衍射光栅一道构造了光栅调谐外腔半导体激光器，并对其特性进行了分析和实验研究，实现了外腔半导体激光器的宽带调谐单模输出，调谐范围宽达４０ｎｍ，测定了阈值电流和调谐波长的关系。     

实现外腔半导体激光器连续调谐的两个基本要求

定量讨论了实现外腔式半导体激光器连续调谐的两个基本要求:同时改变外腔长度及光栅反射波长,半导体激光器(LD)端面镀减反膜。分析表明:前人给出外腔的可调整范围并非是实现最大调谐范围的必要条件,而是实现调谐连续性的一种可行选择。针对具体的减反射膜,对在ECLD上可能实现的连续调谐范围进行了研究。     

双波长可调外腔半导体激光器

提出了一种基于体布拉格光栅（VBG）和横向啁啾体布拉格光栅（TCVBG）组合的双光栅外腔半导体激光器,该外腔半导体激光器采用反射率15%的体光栅和反射率17%的啁啾体布拉格光栅作为反馈元件和模式选择元件,实现特定波长的选择和调谐,实验研究了外腔激光器的功率-电流特性、光谱特性和波长调谐特性。实验结果表明:双光栅外腔半导体激光器最大输出功率为1.96 W,斜率效率为0.94 W/A,外腔效率达到78%。输出光谱为双波长,一个波长为808.6 nm,另一个波长连续可调,通过改变横向啁啾体光栅的位置,该波长可从800 nm调谐至815 nm,可调范围达15 nm,在整个可调范围内两个波长的谱线宽度（FWHM）均小于0.3 nm。     

可连续调谐的窄线宽外腔半导体激光器

可快速连续调谐的小尺寸窄线宽外腔半导体激光器是调频连续波（FMCW）激光雷达、量子技术等领域的核心器件。通过紧凑的反馈光路设计，采用腔长为2.5 mm的法布里-珀罗腔（FP腔）反馈压窄线宽，并结合压电陶瓷（PZT）进行腔长扫描，组装了波长为1550 nm的小型化可调频的激光样机。采用光纤长度为1 m的马赫-曾德尔干涉仪，在重复频率为0.1、1.0、10.0、100.0 kHz下分别测得激光器无跳模的连续调谐范围为25.0、21.6、18.0、10.0 GHz。基于20 km长光纤的延时自外差法，测得3 dB线宽约为10 kHz。未来通过更加紧凑的光路设计，可以获得更大调频范围的超窄线宽激光。     

高性能InAs/GaAs量子点外腔激光器

为了获得高性能的量子点外腔激光器(ECL),利用InAs/GaAs量子点Fabry-Perot(FP)腔激光器研制了光栅外腔可调谐ECL。对InAs/GaAs量子点ECL进行了一系列的性能测试,主要包括单模稳定性测试、单模调谐范围测试、阈值电流密度测试、无跳模连续调谐测试和输出功率测试。在室温条件下获得了24.6nm的连续调谐范围,覆盖波长从999.2nm到1 023.8nm,并且实现了波长无跳模连续调谐。在调谐范围内最低阈值电流密度为1 525A/cm2,而且在中心波长处获得的单模输出功率为15mW,单模边模抑制比(SMSR)高达35dB。研究结果表明,通过构建光栅外腔可以实现高性能的InAs/GaAs量子点ECL。     

Continuously tuned external cavity semiconductor laser

Continuous tuning (no mode hops) of a grating-tuned external-cavity semiconductor laser by rotation of the grating about a carefully selected point is analyzed and demonstrated using a laser containing a prism beam expander. The analysis predicts the continuous tuning range as a function of pivot-point position and is used to select the point for maximum continuous tuning range. Because dispersive optical elements in the cavity were found to limit the continuous tuning range, the model was modified to include dispersion to first order. The dispersion correction improved the maximum observed tuning range of the 1300-nm-wavelength laser from 600 GHz to nearly 3000 GHz. Details of the cavity and mechanical design as well as pivot-point tolerances are also included     

Maximum and Continuous Wavelength Tuning Ranges of a Grating External—cavity Laser Diode

The wavelength tuning rages of a grating external-cavity laser diode(ECLD)have been studied by the equivalent avity method.The maximum tuning range(MTR)and the continuous tunding range(CTR),which are related to the maximum and the minimum threshold carrier densities,are deduced from the threshold condition.We define a ratio of the CTR to the MRT.This ratio is only determined by the reflectivities of the external and internal facets of the ECLD.The analysis shows that there is an appropriate combination of the external and internalcavity reflectivites to obtain a given CTR in the design of an ECLD.     

外腔半导体激光器设计与高次谐波稳频

研究了利特罗(Littrow)结构外腔半导体激光器的结构参量对激光连续可调范围的影响。给出了反射镜转轴等处的机械加工误差对激光波长连续可调范围所造成的影响的数值计算结果。介绍了半导体激光器外腔结构设计的具体细节要点。利用该设计制作的外腔只需要配合商用半导体激光管便可以得到优质的780nm激光输出,经测量其线宽小于1MHz,连续可调谐范围大于3GHz。利用腔外Rb饱和吸收谱的三、五次谐波稳频方法对半导体激光器进行了稳频。其中提出了优化激光频率短期稳定度的方法,并对调制深度的选择给出了详细的理论解释。根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

A GaAs-Based MOEMS Tunable RCE Photodetector with Single Cantilever Beam

A GaAs-based micro-opto-electro-mechanical-systems(MOEMS) tunable resonant cavity enhanced(RCE) photodetector with a continuous tuning range of 31nm under a 6V tuning voltage is demonstrated.The single cantilever beam structure is adopted for this MOEMS tunable RCE photodetector.The maximum and minimum peak quantum efficiency during the tuning are 36.9% and 30.8%，respectively.The maximum and minimum full-widthathalf-maximum (FWHM) are 20nm and 14nm，respectively.The dark current density is 7.46A/m2 without bias.     

40-nm-wide tunable fiber ring laser with single-mode operationusing a highly stretchable FBG

We demonstrate a 750-Hz linewidth single-mode erbium-doped fiber (EDF) ring laser with wide tunability using a widely tunable fiber Bragg grating (FBG). The stable single-mode operation is realized by using the FBG as a narrow wavelength-selective element and 4 m of unpumped EDF as a saturable absorber in the cavity. The 40-nm continuous tuning range of 1522-1562 nm is achieved using a highly stretchable FBG that exhibits a filter tuning range of over 52 nm. The grating is prepared with chemically stripped deuterium-loaded fiber to eliminate degrading factors for the grating strength, thereby achieving the wide tunability. The tuning range represents a 3.5-fold increase in wavelength tuning over previous use of FBGs     

单悬臂梁结构的GaAs基MOEMS可调谐RCE光探测器

成功研制了GaAs基MOEMS可调谐RCE光探测器.该器件采用单悬臂梁结构,在6V的小调谐电压下,获得了31nm的连续调谐范围.在调谐过程中,峰值量子效率最大为36.9%,最小为30.8%;FWHM最大为20nm,最小为14nm.在0V偏压下器件的暗电流密度为7.46A/m2.     

A tunable interdigital electrode (TIE) DBR laser for single-currentcontinuous tuning

A tunable interdigital electrode distributed Bragg reflector (TIE-DBR) laser is proposed. The device provides single-current continuous-wavelength tuning without any external circuits, since the wavelength shift matching between the Bragg and the longitudinal cavity mode can be obtained in this structure. A continuous tuning in the 4.6-nm wavelength range with sufficient side-mode suppression is achieved with a 1.55-μm TIE DBR laser