光纤光栅外腔半导体激光器输出特性耦合效率的研究

本文采用射线追踪法,导出了光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)的连续输出谱P(λ)及输出功率的隐函表达式.在此基础上,结合载流子速率方程,对外腔半导体激光器的P(λ)及P-I特性进行了研究.结果表明:光纤光栅外腔的输出谱在反射带宽内呈现出多峰结构,峰值与耦合效率有关;随着祸合效率的增大,输出功率整体上呈现上升的趋势,并在上升过程中出现的抖动越来越小.     

光纤光栅外腔半导体激光器的输出特性

采用射线法,计及增益随波长的变化,导出了光纤光栅外腔半导体激光器输出谱及输出功率的表达式。结合载流子速率方程,对外腔半导体激光器的输出谱的精细结构以及P-I特性进行了数值模拟研究。结果表明:光纤光栅外腔的输出谱在反射带宽内呈现出多峰结构,随着前端面反射率越小,输出谱相应地比较稳定;P-I特性曲线抖动越来越小,趋于线性变化。     

外腔长度变化对光纤光栅外腔LD激射波长的影响

密集波分复用(DWDM)光纤通信系统对光源的波长稳定性有很高的要求。主要就可供DWDM系统选用的光源之一光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)的波长稳定性进行讨论。通过计及半导体激光器(LD)、外腔及光纤光栅(FG)三者的共同作用,根据光纤光栅外腔半导体激光器的相位条件确定FGESL的激光纵模分布后,理论上研究了FGESL的激射波长随FG外腔长度的变化。结果表明,外腔较短时,外腔长度的微小变化可以导致FGESL的激射波长产生显著的变化;外腔较长(大于10 cm)时,外腔长度的变化对FGESL的激射波长基本没有影响。     

温度变化对光纤光栅外腔半导体激光器激射波长的影响

在考虑了光纤光栅的位相后，从光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)所满足的阈值条件出发，从理论上研究了温度的变化对FGESL激射波长的影响。数值模拟的结果表明：由于温度变化造成半导体介质和光纤的折射率发生变化从而导致FGESL的纵模发生移动，因此FGESL的激射波长随着温度的升高将存在向长波长方向发生移动的趋势。对于短外腔，FGESL的纵模间距较大，由于半导体介质折射率隧温度的变化程度大于光纤折射率随温度的变化程度，因而存在模式跳跃现象；对于长外腔，由于FGESL的纵模间隔很小，因而不存在明显的模式跳跃现象。这些结果符合其他研究者的实验观测。     

光纤光栅外腔半导体激光器的模式抑制比研究

本文在考虑了光纤光栅的位相后,利用稳态多模速率方程组,对光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)的静态工作特性进行理论分析。结果表明:随着注入电流和耦合效率的增加,FGESL的SMSR总体上呈上升趋势。在强反馈情况下,得到了边模抑制比可达40dB,并且变化曲线比较平滑;然而,在弱反馈情况下,边模抑制比<36dB,并且呈现明显的抖动。     

外腔半导体激光器激射波长温度稳定性的研究

在考虑了光纤光栅(FG)的相位分布之后,根据光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)所满足的阈值条件,从理论上研究了前端面反射率对光纤光栅长外腔半导体激光器(LECFGSL)激射波长温度稳定性的影响.数值模拟的结果表明:随着温度的变化,LECFGSL的激射波长围绕光栅布拉格反射波长上下波动,激光器前端面反射率对激射波长波动幅度有较大的影响,当前端面反射率＜10-4时,激射波长与光栅布拉格反射波长基本一致,其温度稳定性较好.     

空气间隙长度对光纤光栅外腔LD激射波长的影响

为了提高光纤光栅外腔半导体激光器的激射波长准确性,根据光纤光栅外腔半导体激光器的相位条件确定光纤光栅外腔半导体激光器的激光纵模分布后,采用数值模拟的方法研究了光纤光栅外腔半导体激光器的激射波长随光纤端头到有源区之间空气间隙长度的变化。结果表明,光纤光栅外腔半导体激光器的激射波长随着空气间隙长度的变化围绕着光纤光栅的布喇格波长波动,波动的最大幅度随外腔长度的增加而减小。因而当外腔长度一定时,可以通过微小的调节空气间隙的长度使激射波长精确定位于光纤光栅的布喇格波长处。     

1.53μm光纤光栅外腔半导体激光器乙炔吸收稳频

报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频.通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8.     

光纤端面反射率对光纤光栅外腔半导体激光器的输出影响

为了实现光纤光栅外腔半导体激光器良好的单纵模输出,通过加入空气间隙区改进了基于射线法的光纤光栅外腔半导体激光器理论模型,并结合稳态速率方程研究了小注入情况下,光纤端面反射率对激光器输出特性的影响。仿真结果表明,在光纤端面反射率与光栅反射率可比拟的情况下,减小光纤端面反射率,可增大主模与其他波长模式的损耗差异,加强光纤光栅的选模作用,更好的实现单纵模输出,但同时也会增大激光器的阈值电流。     

弱反馈光纤光栅外腔半导体激光器特性研究

分析了弱反馈光纤光栅外腔半导体激光器的工作原理 ,将反馈作用等效为光子寿命的改变 ,利用激光器简化多模速率方程理论计算了外腔激光器输出功率和边模抑制比随光栅反射率的变化关系 ,得出外腔激光器存在光栅最佳反射率的结论。并对用不同反射率光栅作外腔的半导体激光器进行了实验比较 ,对此结论进行了验证。实验中获得了边模抑制比达 2 5dB的单模输出     

光纤光栅外腔半导体激光器的理论和实验分析

从耦合模理论出发,结合激光原理,研究了光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)的理论模型．得到光纤光栅反射率的解析解。利用速率方程理论讨论FBG-ECL的高频响应特性。根据等效腔模型．讨论了耦合系数对FBG-ECL阈值特性的影响。指出存在最佳光纤光栅反射率．使得激光器不仅功率输出大,而且边模抑制比高。最后实测了不同反射率情况下激光器的激射光谱。     

色散管理光纤锁模激光器在近零色散域的非线性优化

目前,飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中,色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高,光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构,提升激光器的紧凑性和稳定性,因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法,研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时,腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明,在腔内净色散值为负时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短,光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽,从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲;腔内净色散值越接近零时,啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著;腔内净色散值为正时,单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱,优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后,提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。     

Littrow型光栅外腔半导体激光器的输出特性分析

在讨论光栅外腔半导体激光器理论的基础上.对影响Littrow型光栅外腔半导体激光器输出功率和线宽压窄的各种因素进行了数值模拟分析.研制了单纵模高质量激光输出的Littrow型光栅外腔半导体激光器,在工作电流为400 mA时,连续输出功率达到180 mW,线宽优于1 MHz.     

光纤光栅外腔半导体激光器特性的分析

研究了光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)的理论模型;根据等效腔模型,讨论耦合系数对FBG-ECL阈值特性的影响,指出存在最佳光纤光栅反射率,使得激光器不仅功率输出大、而且边模抑制比高;利用等效腔长的手段,分析了腔长对光子寿命的影响,并结合速率方程讨论了FBG-ECL的高频响应特性;最后实测了不同反射率情况下激光器的激射光谱。     

一种制作掺Yb相移光纤光栅激光器的实验方案

采用遮挡法引入相移制作了掺Yb相移光纤光栅(PS-FBG)。在制作光栅的过程中,将其作为激光器的谐振腔,通过监测激光器的输出功率来确定相移大小。当激光器的输出功率开始下降时,停止曝光,此时引入的相移为π/2。为了使光栅的特性尽快稳定下来需要对光栅进行退火,这将导致引入的相移小于π/2。为了弥补退火过程中引起的相移降低,需要对退火后的光栅进行二次曝光,以使光栅的相移恢复π/2。利用该方法制作了一只光纤光栅激光器。当抽运功率为100 mW时,获得了25 mW的输出功率,信噪比(SNR)为60 dB。在1 h内,输出功率波动小于1%。当光栅的温度在25~30℃之间变化时,激光器单纵模运转。     

考虑光纤光栅反射率分布的外腔半导体激光器的理论模型

提出了等效腔近似下 ,包含光纤光栅反射率分布的光纤光栅外腔半导体激光器 (FGECL)的理论模型。数值分析表明 ,用该模型所得到的模式抑制比 (MSR)明显小于把光纤光栅反射率当成点函数 (即只在某一波长处有反射率 ,其余波长处反射率为 0 )来处理时所得到的模式抑制比。     

利用光纤环镜进行优化的掺镱光纤激光器

提出了利用光纤环形镜和高反射率光纤光栅做腔镜的F P腔掺镱光纤激光器的优化设计结构。光纤环形镜的宽带反射特性使抽运光能够充分被介质吸收 ,提高激光器的转化效率 ;其反射率可调特性容易得到最佳耦合输出比 ,当光纤长度改变时 ,不必更换输出腔镜就可以得到最佳功率输出。光纤长度 7m ,抽运功率 5 1mW时 ,激光器输出功率为 5 6 5mW ,斜率效率为 19%。与其他结构光纤激光器相比 ,这种优化结构效率更高     

External cavity controlled operation of a semiconductor diode gain element in series with an optical fiber

The series combination of a semiconductor diode gain element (a diode laser whose end facets have been antireflection coated) and an optical fiber has been placed inside an external cavity and the combined system has lased in a single spectral line whose width was less than the1.7 times 10^{-5}-nm (7.5-MHz) resolution of the scanning Fabry-Perot interferometer used in the measurement. This result has been achieved with either a single-mode or a multimode optical fiber in series with the diode gain element and for experiments in which a polarizer, oriented so its polarization is parallel to the diode gain element polarization, was placed at the other end of either fiber. The output of the external cavity is temporally stable as measured both by a 225-MHz-bandwidth detector system and a spectrum analyzer. Over a one minute interval the maximum fluctuation in the output frequency of the external cavity was found to be 2 MHz. Analysis of the threshold behavior of the external cavity for the cases where the multimode or single-mode fiber are in the cavity indicates that the coupling coefficients for either fiber are nearly the same. Without an external cavity, the coupling coefficient from the diode gain element (or from a similar, not anti-reflection-coated, laser) to the multimode fiber is over five times larger than that to the single-mode fiber. These coupling results are explained by postulating that for the multimode fiber, only one or a selected number of the many modes of the fiber can participate in the laser action of the external cavity. It is believed that only these mode(s) are reflected back into the fiber by the spherical mirror in appropriate phase and angle to participate in the laser emission.