甲烷气体近红外光声光谱及痕量探测技术研究

介绍了一种基于1.653μm分布反馈式(DFB)半导体激光器的共振光声光谱系统.该系统具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点.对光声光谱系统的响应特性进行了实验研究.对光声光谱系统进行振幅调制和波长调制两种方法进行了实验对比研究.并用此系统对室外空气中的甲烷(CH<,4>)进行了测量,探测灵敏度可达100 ppbv.     

红外吸收式光纤甲烷气体传感系统的研究

通过对甲烷气体吸收光谱的分析,结合光学器件的发展情况,提出了红外吸收式光纤甲烷气体传感测试方法。该测试系统基本工作原理是多分子气体对特征吸收波长的光吸收作用随浓度变化而变化。该系统以1.33μm波长的分布反馈式半导体激光器(DFB LD)作为光源,响应灵敏度1 nW的光功率计作为光探测器。采用单光路传输,通过实验说明红外吸收式光纤甲烷气体传感器可靠检测小于体积分数15%的甲烷体,为其进行报警等应用打下基础。     

基于PID算法的激光器恒温控制系统的设计

为了提高分布式反馈(DFB)激光器发光波长的控制精度,利用半导体热电制冷器设计了一款用于气体检测的DFB激光器精密温度控制系统.该系统主要包括数字信号处理电路、前向TEC驱动电路和后向温度采集电路构成.采用闭环比例-积分-微分(PID)控制算法,提高系统的控制精度、缩短系统的响应时间.通过使用温度控制系统向中心波长为1600nm的NLK1L5GAAA型可调谐DFB激光器进行了温度控制测试实验.实验数据证实,本装置的温度控制精度为±0.05℃,温度控制范围为5℃至60℃,超调量小于16％,温度恒定时间小于50s.检测水汽连续工作24小时激光器中心波长未发生明显漂移,表明该系统具有良好的稳定性,为DFB激光器在红外气体检测领域的应用提供了性能保障.     

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。     

基于DFB激光器实现波长转换误码特性的研究

作为自动交换光网络中的核心器件,全光波长转换器将在全光通信系统中发挥重要作用.根据半导体激光器实现波长转换的理论模型,重点研究了基于DFB实现波长转换器的误码特性.包括工作电流、输入信号光功率等参量对消光比、误码率的影响.并利用自行搭建的基于DFB实现波长转换的实验平台,进行了实验分析,发现理论分析结果和实验数据十分吻合.这对于优化基于DFB结构的全光波长转换器有重要参考价值.     

分布反馈激光二极管调制特性及线宽测量

本文介绍了利用光谱分析测量DFB LD调制特性的方法及装置。介绍了测量装置光路部分和电路部分的技术要点。对DFB LD的实测说明:注入DFB LD电流的变化不会引起注入载流子密度明显变化,进而不会由此引起光频率的变化。这种测量方法可方便而准确地测量使用DFB LD的光端机的直接光强调制深度。     

基于空芯光子晶体光纤气体参考腔的高灵敏度氨气检测

采用石英增强光声光谱检测系统,并引入空芯光子晶体光纤作为气体参考气室,实现对痕量氨气的高灵敏度检测。参考气室采用长5 m的空芯光子晶体光纤,两端熔接单模光纤,内部填充标准氨气。通过分析空芯光子晶体光纤的模态干涉,获得低干涉噪声的透射谱。气体填充过程中,控制填充压强与时间,提高谱线分辨率,完成分布反馈式(DFB)激光器波长的精确锁定,提高检测精度。测量参考气体腔内氨气吸收谱线线宽,并与高分辨率光谱谱线(HITRAN)数据库数据对比验证实验结果。采用光声光谱检测系统,优化调制参数,获得氨气噪声等效浓度(即指体积分数)为6.74×10~(-6)(3σ)。     

基于可调谐CO2激光器的SF6差分光声检测研究

为了对电力场所SF₆气体浓度进行有效监测,采用光声光谱气体检测技术,基于波长可调谐CO₂激光器,设计了一套大气环境下的SF₆痕量气体检测系统,并提出一种差分光声光谱技术以提升光声系统的检测灵敏度。结果表明,所设计的SF₆气体检测光声系统的共振中心频率为1066Hz,品质因数为32.04,光声池常数为89.74Pa·m·W-1;利用单谱线光声法,在激光谱线10P12处检测SF₆气体的灵敏度为0.06×10-6（体积分数）;采用差分光声光谱气体技术后,在激光谱线10P12和10P16处3W强度调制光的照射下,光声系统的灵敏度提升到0.02×10-6（体积分数）。差分光声光谱技术能有效降低噪声影响,提升光声检测系统的灵敏度,具有一定的实用价值。     

10 GHz超连续脉冲光子源的实验研究

利用增益开关(GS)DFB半导体激光器(LD)作初始抽运源,在4．2km左右的普通色散位移光纤(DSF)中获得了10GHz、120nm以上的超连续(SC)谱脉冲。实验研究了抽运光脉冲峰值功率和光纤零色散波长对SC谱宽度的影响,同时还利用0．4nm带宽的可调谐滤波器对从SC谱中滤出脉冲的特性进行了研究。     

高性能单纵模工作的InGaAsP/InP DFB—DC—PBH激光器

本文报导了具有双沟道平面隐埋异质结的InGaAsP/InP分布反馈激光器(DFB—DC—PBH LD′S)的激射特性,这种激光器具有端面倾斜和抗反射(AR)涂层结构。1.3μm波段的DFB—DC—PBH LD′S在室温时达到了超过55mw的高功率CW单纵模(SLM)工作和超过105℃时的高温度CWSLM工作,而在2Gb/s高速直接调制下得到了稳定的SLM工作。1.5μm波段的DFB—DC—PBH LD′S也显示出了极好的DFB激射特性,例如高于20mw的输出功率和超过75℃的高温CW SLM工作。也研究了1.3μmDFB—DC—PBH LD′S在实验中所得到的DFB—SLM工作,结果表明这种器件对光纤通信系统的实际应用带来了很大的希望。     

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。     

光纤激光传感技术及其应用

超高灵敏度的信号探测在石油勘探、地震预报和安全监测等领域都具有重要的应用价值.近年来出现了一种以分布反馈(DFB)光纤激光器为传感元件的新一代光纤传感器,它具有尺寸小、输出激光信号极窄的光谱线宽和极低的噪声等优势,与高分辨率波长解调技术结合可以达到极高的探测灵敏度.介绍了在光纤激光传感技术及其应用技术方面的研究进展,包括线宽仅为3 kHz、尺寸仅为3.6 cm的窄线宽低噪声DFB光纤激光器的研制及其测试,波长分辨率达3.5×10~(-7) pm/Hz~(1/2)的超高分辨率波长解调系统,基于密集波分复用的光纤激光传感网络,以及相关技术在水声和地震波探测中的应用研究.     

QKD系统中DFB激光器的可调偏置驱动

基于分布反馈式(DFB)半导体激光器的特性,为满足量子密钥分发(QKD)系统研究中对光源的多种需求,设计了一种1550 nm波长的DFB激光器的精密可调偏置驱动方案。该方案以FPGA为控制核心,用上位机软件控制输入,可给DFB激光器提供0~50 mA的精密偏置直流,从而完成光源不同发光模式间的切换,QKD系统中的多种光源需求得以满足。     

Consideration on influence of directly modulated DFB LD spectralspread and fiber dispersion in multigigabit-per-second long-spanoptical-fiber transmission systems

The relation between optical-fiber dispersion and directly modulated distributed-feedback laser diode (DFB LD) spectral spread in multigigabit-per-second long-span transmission systems is discussed. It is observed that two peak spectra at the leading edge of the pulse induce spectral spread in directly modulated DFB LDs. Specifications for the difference between the DFB LD oscillation wavelength and the optical-fiber zero-dispersion wavelength in a multigigabit-per-second long-span transmission system, considering these two peak spectra, are predicted. Experimental confirmation was provided by 2-Gb/s-140-km and 5-Gb/s-100-km transmission experiments, using 1.5-μm zero-dispersion shifted optical fiber     

基于1665 nm激光器测量甲烷气体浓度的研究

介绍了一种以1665 nm分布反馈(DFB)激光器为光源,使用双光路差分吸收光谱技术(DAS)测量甲烷浓度的检测系统。双光路差分吸收光谱技术能有效抑制由于光源光强变化、探测器零点漂移等因素所引起的测量的不准确。文中对这种检测方法进行了理论和实验分析,系统的最小探测浓度为100×10-6,响应时间约为14 s。     

Transient emission wavelength estimation for DFB laser with temperature tuning

The prediction method of dynamic wavelength is proposed for temperature tuning process. The temperature of the thermistor integrated in laser diode (LD) module is recorded to predict the LD chip temperature. Then according to the injection current and priori tuning characteristics of the LDs, the emission wavelength is estimated in real time. The method is validated by using a 1.58 μm distributed feedback (DFB) LD. The absorption spectra of mixture gas of CO2 and CO are measured by means of the thermal tuning gas sensing system. The center wavelength of each absorption line is compared with the data in HITRAN2012 database. The results show that the deviations are less than 5 pm. This method fully meets the needs of spectroscopic measurement, and can be applied to spectroscopy, optical communications and other fields.     

A two-step laterally tapered 1.55-/spl mu/m SSC DFB laser fabricated by using a nonselective grating process

We demonstrate a two-step laterally tapered 1.55-/spl mu/m spot size converter distributed feedback laser diode (SSC DFB LD) having a planar buried heterostructure-type active waveguide and a ridge-type passive waveguide fabricated by using a nonselective grating process. Unlike conventional SSC DFB LDs, where a selective grating is employed, this SSC DFB LD employed a nonselective grating over the entire device region in order to make its fabrication much simpler than that of the conventional SSC DFB LDs. The two-step laterally tapered SSC is effective in removing an unwanted wavelength peak originating from the SSC section having a multiquantum well and a grating under it. The fabricated SSC DFB LD operates at 1.553-/spl mu/m wavelength and shows a far field pattern in horizontal and vertical directions of 13.4/spl deg/ and 19.5/spl deg/, respectively.     

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.     

基于超窄线宽激光器的多气体光声光谱检测研究

针对多组分痕量气体检测中精确度差、灵敏度低等问题,设计了基于光源波长扫描技术的光声光谱式多组分痕量气体检测系统。系统采用单一超窄线宽半导体激光器作光源,设计了一阶纵向共振式多光程吸收光声池,通过正弦信号对光源波长进行调制,并结合二次谐波信号检测技术和超窄线宽激光特性,有效地消除了吸收池内的背景噪声和光源抖动的影响,实现...