高稳定度窄线宽激光器的研究

介绍了3种不同类型的高稳定度窄线宽激光器的研究进展.基于Littman结构和饱和吸收光谱稳频技术,研制了稳频外腔半导体激光器系统,输出波长为780.2 nm,频率稳定度1 MHz,不失锁时间大于12 h.利用边带稳频技术将分布反馈(DFB)激光器的输出波长稳定在Cs原子的吸收谱线的边带处,引入数字信号处理器(DSP)全数字稳频控制技术,实现了自动找频和稳频,获得波长为852.3 nm的稳频激光输出,24 h内频率漂移为±2 MHz.利用国产磷酸盐玻璃光纤作为增益介质,实现了一台高功率单纵模光纤激光器,制作的厘米级激光器实现了最大输出功率100 mW,利用外部光反馈实现单偏振运转,测得输出线宽为2 kHz,偏振消光比优于35 dB.     

单纵模耦合腔半导体激光器

八十年代,高数据速率长距离光纤传输和相干光通信的发展,推动了单频半导体激光器的研究,主要的研究工作有分布反馈(DFB)式激光器、解理耦合腔(C~3)激光器和外腔式激光器。连续工作条件下,DFB激光器的线宽光功率乘积约为30MHz·mW,线宽最窄已达4MHz;C~3激光器的线宽功率乘积为2.5～3MHz·mW,10mW     

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。     

基于3×3耦合器的窄线宽单频激光器噪声测量技术

提出一种基于3×3耦合器的非平衡迈克耳孙干涉仪的延时自外差技术,理论分析了此技术用于测量窄线宽单频激光器噪声的原理,搭建了测试系统,对Emcore公司的分布反馈式(DFB)半导体激光器以及NKT公司的商用超窄线宽DFB光纤激光器这两类典型光源的相位噪声、频率噪声以及线宽进行了测试。结果表明,此技术可以用于完整地测试不同类型激光器的噪声特性,并且验证了此技术的正确性和稳健性。     

基于片上微腔自反馈注入锁定的窄线宽激光器

对半导体激光器外腔自反馈注入锁定进行了理论分析,研究了片上微腔的自反馈注入锁定对于分布反馈(DFB)激光器输出线宽的影响,分析了决定锁定带宽及线宽压缩系数的关键参数。基于Q值为2.4×10⁶的片上Si₃N₄微腔的后向瑞利散射实现了DFB激光器的自反馈注入锁定,将其输出线宽由自由运转时的556.71 kHz压窄到了92.28 kHz,锁定带宽达到425 MHz。研究结果有助于理解半导体激光器自反馈注入锁定机理,并为实现窄线宽激光器提供了新的结构更简单、集成化潜力更高的方案。     

InGaAsP/InP宽调谐有源Bragg反射集成半导体激光器

目前,由InGaAsP/InP双异质结构成的工作在1.3或1.55μm的半导体激光器由于适用于光纤通信系统,其可调单模激光器受到了人们日益的重视。因为不少实际应用场合都需要波长的调谐。一般,除了依靠器件的工作温度来达到少量的调节外、半导体激光器本身是不能调谐的。用带有可调光栅反射器的外腔结构,可以实现20-60nm的调谐范围,它只受到了激射材料增益光谱的限制。不用外部光学元件的单片集成激光器,调谐可以用多段式的分布反馈(DFB)或     

科技简讯

1.锁相二极管激光器阵列光束能量汇集德国斯图加特大学和空间宇航中心的研究人员合作成功地进行了将19个低功率单横模二极管激光器共同锁相的实验.二极管激光器阵列中的激光器用一个主二极管激光器锁相在入,阵列激光器的输出光束耦合入分立的保偏光纤,每条光纤都具有压电陶瓷相位调制器.对所有光纤输出光束进行准直,并构成6角形阵列光束.从组合光束分出一小部分光与主激光器发出的光干涉以提供相位反馈信息.每个激光器必须在相位控制环路的控制之下.     

光纤延时自外差法测量DFB型LD温度调谐的瞬态特性

以马赫-曾德干涉仪(MZI)原理为基础搭建了臂长差为3km的光纤延时自外差(FOSHI)测量系统,测量了1 582nm分布反馈型(DFB)二极管激光器(LDs)在温度调谐下输出的瞬态特性,包括LDs输出波长及线宽。结果表明,DFB LDs输出光波长随调谐温度呈线性关系,通过对光电流功率谱密度函数的洛伦兹线型拟合得到LDs的线宽为3.24MHz,与3MHz理论值相近。     

相位掩膜板移动法制作DFB光纤激光器

对相移光栅的制作技术进行了介绍和比较.并采用相位掩膜板移动法研制了掺铒DFB(分布反馈)光纤激光器,激光泵浦的阈值约为4 mW,线宽约为10～20kHz.     

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。     

电负反馈压缩半导体激光器线宽方法的研究

本文详细地讨论了电负反馈压缩半导体激光器线党方法中几个因素,如反馈环路增益、反馈环路特性、探测器噪声、激光器本征IM噪声等对压缩线宽的影响,推导出受这些因素所限的激光器可压至的最小线宽表达式,并据此提出了减小这些因素影响的一种电负反馈压缩线宽的方案.     

窄线宽半导体激光器件

分布反馈半导体激光器的线宽一般较大，难以满足光纤传感等领域的要求。根据C.H. Henry于1982年提出的半导体激光器的线宽理论，通过适当设计DFB半导体激光器的腔长、耦合系数、微分增益、光限制因子，能有效地减小激光器的线宽。同时，空间烧孔现象也可限制DFB半导体激光器的线宽，为此需要合理设计光栅结构。在此基础上，DFB激光器的线宽能达到几十千赫兹的量级。此外，采用DBR结构或者外腔结构，也可以获得相当窄的线宽。     

基于保偏光纤光栅的低噪声外腔半导体激光器

研制了1550nm波段的窄线宽、低噪声混合集成外腔半导体激光器,将保偏光纤布拉格光栅(FBG)作为反馈元件与半导体增益芯片进行耦合,并利用FBG斜边处的大群时延特性将半导体激光器的线宽压窄。所得到的蝶形封装激光器原型器件实现了稳定的单纵模、单偏振激光的保偏输出,在1kHz处积分线宽为15.9kHz的输出功率≥30mW,洛伦兹线宽为4.85kHz,本征线宽为4.06kHz,相对强度噪声≤-155dB·Hz~(-1)@1 MHz,偏振消光比25dB,无跳模电流调谐范围≥8 GHz,无跳模温度调谐范围≥14 GHz,6h功率稳定度为1.7%,频率漂移量50 MHz。     

142 W高峰值功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大(MOPA)结构工作的全光纤窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光器。脉冲种子源是由一个分布反馈直腔型(DFB)单频光纤激光器被光电调制器进行强度调制后产生的。为了抑制受激布里渊散射(SBS)效应,脉宽被调节为3 ns,并且种子源线宽被相位调制器展宽为2.9 GHz。经两级保偏掺Yb3+光纤放大器放大后,获得了平均功率142 W,重复频率1 MHz,脉冲宽度2.88 ns,峰值功率49.3 kW的脉冲激光输出。在最大输出功率时,激光光束质量因子M2约为1.15,偏振消光比(PER)大于15.4 dB。     

星间相干激光通信中科斯塔斯锁相系统设计

光学锁相环(OPLL)是相干激光通信系统中的重要组成部分。设计了科斯塔斯数字光学锁相系统,用于星间相干通信中零差接收和多普勒频移跟踪。锁相系统采用可编程逻辑门阵列(FPGA)作为主控单元,本振激光器(LO)采用调制边带注入锁定的可调谐激光器,中心波长为1550 nm,具有窄线宽和快速调谐的优点。与传统锁相环相比,系统具有更快的频率捕获速度,具有更高的稳定性。实验中,能够实现140 MHz频差范围内的快速锁定,保持锁定时间大于1 h,并能够对20 MHz/s多普勒频移跟踪,为后续星间相干通信实验提供支持。     

10Gbit/s高T0无制冷分布反馈激光器

与折射率耦合分布的分布反馈(DFB)激光器相比,不管界面反射率是多少,增益耦合DFB激光器都能稳定地单纵模工作,而且具有高速、低啁啾的特性.本课题组用AlGaInAs/InP材料,采用增益耦合DFB结构,进行了单纵模激光器研发,并对器件特性进行了测试分析.     

一种降低高频噪声的前置全差分运算放大器

提出了一种降低高频噪声的前置全差分放大器.运放内部采用了两组偏置电路,一组用于单位增益缓冲器电路,一组用于放大电路.为了确保电路稳定性又不增加设计难度,将单位增益缓冲器电路与共模反馈回路结合起来.设计采用HHNEC 0.18μm BCD工艺,Cadence Spectre仿真表明,正常工作时共模反馈的环路增益84.93dB,单位增益带宽9.52MHz,相位裕度67.62°;启动时单位增益缓冲器电路的环路增益85.18dB,单位增益带宽8.93MHz,相位裕度67.2°;关断时,单位增益缓冲器电路的环路增益63.26dB,单位增益带宽2.28MHz,相位裕度88.66°.实测表明,设计降低了D类音频功放在开启和关断时的噪声.     

基于单边带调制的前馈技术压缩半导体激光器线宽

提出了一种基于电光单边带调制的前馈线宽压缩系统,该系统主要包括相位噪声检测和单边带调制两大部分。相位噪声检测部分输出一个与相位误差成比例的误差电压信号,电压信号通过线性调频作用于单边带强度调制器,实现对激光信号的调制。单边带调制器采用马赫增德尔强度调制器的结构,相当于内嵌四个相位调制器,通过相位调制达到强度调制的目的,最终得到线宽压缩的激光信号。实验针对波长为1552.52nm、功率10mW 的分布反馈（DFB）半导体激光器,通过对闭环系统的搭建与仿真,激光器的线宽从原来的0.5nm减小到0.016 nm,实现了对半导体激光器线宽的压窄。     

高速相干光通信中的多符号差分检测技术研究

针对高速相干光通信系统中激光器相位噪声和频偏估计的补偿问题,设计了基于MSDD(多符号差分检测)的相位恢复算法,研究了在ASE(自激发射放大)噪声、激光器线宽和频偏等因素影响下的系统性能和MSDD算法的补偿能力。仿真结果表明,自适应MSDD算法对激光器线宽和频偏的补偿效果显著,对线宽为1 MHz、频偏为100 MHz的20GBaud QPSK(正交相移键控)系统,误码率为10-3时的OSNR(光信噪比)代价仅为0.6dB。     

非理想相位传递函数对OPLL性能的影响(Ⅱ)

本文研究了光锁相环(OPLL)本振的相位传递函数(PTF)在非理想情况下,OPLL的噪声性能,指出:在这种情况下,存在最佳环路带宽,可使噪声方差达到最小。同时,也研究了弱光反馈对OPLL噪声性能的影响。