一种波长稳定可调的窄线宽外腔二极管激光器

采用横向啁啾体布拉格光栅作为二极管激光器的外腔,实现一种简单易行的窄谱线宽、波长稳定且连续可调谐的外腔二极管激光器。实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的波长稳定性及谱宽压窄特性,分析了横向啁啾体布拉格光栅的波长调谐特性及其功率特性,研究表明,在横向啁啾体布拉格光栅外腔反馈的作用下,二极管激光器输出光谱的中心波长得到了锁定,同时输出谱线宽度显著变窄,通过横向移动啁啾体布拉格光栅的相对位置,可以实现外腔二极管激光器输出光谱的连续调谐,连续可调范围为800~815nm,在整个可调范围内谱的半峰全宽(FWHM)小于0.3nm,最大输出功率为2.01 W,输出功率偏移度小于1.5%。     

体布拉格光栅反射率对外腔半导体激光阵列输出光谱的影响

采用记录在光致热敏折射率玻璃中的反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成外腔半导体激光阵列,对其输出光谱特性进行了实验研究,分析了快轴准直透镜的位置对外腔反馈耦合效率的影响。实验结果表明,在体布拉格光栅外腔反馈作用下,半导体激光阵列输出光谱中心波长得到锁定,同时输出线宽显著变窄。重点研究了体布拉格光栅的反射率对外腔反馈半导体激光阵列输出光谱特性以及激光器效率的影响。实验结果表明,体布拉格光栅反射率的增加可提高半导体激光阵列内腔模式的抑制效果,提高输出光谱对比度,减小输出光谱线宽。使用反射率为30%的体布拉格光栅,可将半导体激光阵列的输出波长锁定在808nm附近,输出光谱线宽压缩至0.18nm。外腔半导体激光器的输出功率达24.8W,效率为82.6%。     

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。     

体光栅外腔半导体激光器列阵的光谱及调谐

对采用体布拉格光栅作为波长选择器件的外腔半导体激光列阵进行了实验研究。实验表明,在体光栅外腔作用下,高功率半导体激光器输出的线宽得到压窄、波长得到固定。与此同时,从布拉格衍射相关理论出发,分析了体光栅法线方向改变对激光器系统输出中心波长的影响。实验表明改变体光栅法线方向的角度,可以在一定范围内调整列阵的输出波长。     

体布拉格光栅外腔半导体激光器温度特性研究北大核心CSCD

使用COMSOL软件对体布拉格光栅(volume Bragg grating, VBG)外腔半导体激光器进行稳态热分析模拟仿真,研究VBG对半导体激光器的温度特性的影响。利用15%、20%两种VBG对888 nm半导体激光器进行外腔锁模,测试并分析外腔锁模条件下半导体激光器的输出特性和温度特性。结果表明,VBG外腔结构能够改善半导体激光器的光谱特性,提高半导体激光器的工作温度。在25℃条件下,当采用15%衍射效率的体光栅进行外腔锁模时,最大输出光功率为10.7 W,输出波长稳定在888 nm,光谱线宽为0.3 nm。     

405nm波段光栅外腔窄线宽蓝紫光半导体激光器

自由运行的半导体激光器由于谱线较宽而无法满足如拉曼散射等对线宽有要求的应用需求,因此获得线宽较窄、波长稳定的半导体激光器十分必要。采用反射式全息光栅作为谱线窄化元件,研究了在Littrow布局下的405 nm外腔半导体激光器。反射式全息光栅的加入,使得光栅面和半导体激光器的输出面组成耦合外腔,这在很大程度上改善了405 nm半导体激光器的线宽性能。实验结果表明,通过加入2400 line/mm的反射式全息光栅形成外腔反馈,半导体激光器的阈值电流由31 m A下降到22 m A,谱线宽度从自由运行时的1 nm减小到0.03 nm以下,实现了窄线宽输出,并且在工作电流为100 m A时,得到窄线宽半导体激光器的输出功率为28 m W,为自由运行半导体激光器输出功率的31.7%。此外,通过调节反馈光栅的角度,实现了较大电流范围的激光波长的连续调谐,最大调谐范围达3.5 nm。     

高功率半导体激光器线阵列的波长锁定技术

高功率半导体激光器光谱随温度和工作电流的变化比较大,光谱线宽比较宽,这些缺点直接限制了其实际应用.因此,高功率半导体激光器波长稳定技术的研究是激光领域的一个重要研究方向.对波长稳定技术进行研究.实验用体布拉格光栅(VBG)作为反馈元件与高功率半导体激光器线阵列,构成可以对其波长进行锁定的外腔激光器.分析了外腔激光器的波长锁定效果与高功率半导体激光器工作电流、冷却温度、工作电流的占空比和"smile"现象等因素的关系.研究结果表明,高功率半导体激光器的工作电流、冷却温度、工作电流的占空比会影响其激射波长,当激射波长与VBG的布拉格波长差值小于3.0 nm时,可以得到较好的波长锁定效果,而阵列本身的"smile"现象对其波长锁定的影响不大.     

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.     

基于光热敏折变玻璃的反射式体布拉格光栅

为了稳定高功率半导体激光器的输出波长并且压缩 其光谱带宽,通常采用反射式体布拉格光栅(VBG)作为反射镜来构造外腔半导体激光器。V BG是利用激光全息技术,在一种特殊的感光玻璃上制作的周期性调制折射率结构。采用传统 的高温熔融-淬火工艺设计并制备了一种新型的光热敏折变(PTR)玻璃。测定了PTR玻璃的 玻璃转变温度和软化温度。在400 nm波长以上,获得了高达 91%的透过率。通过紫外全息曝光和两步热处理工艺成功实现了NaF纳米晶在PT R玻璃中的析出。在PTR玻璃上记录了布拉格波长为975.80 nm的反射 式VBG,并将其用于高功率半导体激光器(LD)的波长锁定。利用衍射效率为13.97%的反射式VBG,可实现半导体激光器输出波长准确地锁定在975.80 nm。输出线宽被有效压缩到0.4 nm以下。在相同的水冷 温度下,不同输入电流(2A→10 A)实现了仅仅0.06 nm的红移。在输入功率为10.2 W时,单管LD的最大输出功率 为9.7 W。     

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.     

大功率体光栅外腔半导体激光器的输出特性

宽条形大功率半导体激光器(LD)存在光谱温漂系数大、光谱宽度宽的缺点,为了改善宽条形大功率半导体激光器的光谱特性,采用一种体光栅(VBG)离轴外腔方法实现了宽条形大功率半导体激光器光谱特性的明显改善和高效率工作.宽条形半导体激光器的外腔结构主要包括激光器输出光束的快、慢轴准直光学透镜和离轴放置的体光栅.宽条形半导体激光器的激射条宽为100μm,当激光器工作电流为4.0 A时,外腔激光器的输出功率高达3.4 W,斜率效率为1.0 W/A,光谱宽度由自由出射条件下的2~3 nm减少为0.2 nm,峰值波长的温漂系数小于0.015 nm/℃.     

半导体激光密集谱合束中VBG的热效应

研究并分析了半导体激光密集谱合束技术中体布拉格光栅(VBG)的热效应问题。为了提高半导体激光器的输出功率及其电光转换效率,利用COMSOL软件模拟了半导体激光器中VBG在自由传导散热和水循环冷却两种条件下的温度分布,通过对比这两种条件下VBG温度对其中心波长漂移量及输出功率的影响,分析了VBG热效应变化。模拟与实验结果表明,水循环冷却可以有效将VBG的温度从390.44 K降低到299.09 K,减小了VBG的波长漂移量,有效抑制了VBG的热效应问题。因此合理控制VBG的温度,可提高半导体激光器的输出功率和电光转换效率。     

940 nm无铝双量子阱列阵半导体激光器

分析了影响列阵半导体激光器极限输出功率的因素。利用MOCVD研制了无铝双量子阱列阵半导体激光器。无铝列阵激光器的峰值波长为 940 2nm ,半峰宽为 2nm ,连续输出功率为 10W ,斜率效率为 1 0 9W A。     

8.1W全固态准连续红光Nd∶YAG激光器

报道了利用Ⅱ类临界相位匹配的KTP晶体(相位匹配角选为θ=599°,=0°)对Nd∶YAG在13μm附近的振荡进行腔内倍频,产生高功率准连续红光激光的实验结果。激光器使用了一个连续运转的高功率激光二极管(LD)侧面抽运组件(组件内由30个20W的二极管阵列呈三角形阵列分布抽运一根Nd∶YAG圆棒),使用声光调Q技术实现高重复频率输出,并选用了平凹直腔的腔体结构。对该激光器的基频(13μm波长)调Q和倍频红光的功率输出特性及光谱特性进行了研究。在LD抽运功率453W时产生了最大输出功率81W的准连续红光激光,测量了此时的M2值并给出了光强分布图。     

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。     

半导体激光抽运源大通道水冷热沉的接口设计

针对普通大功率半导体激光抽运源用大通道水冷热沉热阻高、工作时热沉表面在大通道水流方向存在明显温升进而导致加载其上的激光bar寿命不一致以及抽运源整体光谱宽度难以控制的问题,利用商用有限元软件ANSYS仿真获得抽运源工作时不同冷却水流量条件下热沉内部温度场分布,分析该结构热沉热阻系统的构成及整体热阻瓶颈所在。实际中通过改变冷却水接口结构,获得“入口效应”,提高了大通道热沉整体换热性能,进一步减小热沉表面温度梯度。利用所设计的新接口大通道水冷热沉获得3 bar线阵120 W连续(CW)输出半导体激光器抽运源,输出中心波长为807.7 nm,光谱宽度(FWHM)为2.8 nm。     

83 W 659.5 nm全固态红光激光器

报道了采用双抽运头串联的对称直通腔结构及KTP晶体腔内倍频实现高功率红光激光输出的实验结果.在激光二极管(LD)抽运功率为1250 W,声光Q开关工作重复频率为10 kHz条件下,获得平均功率为83 W,波长为659.5 nm的红光激光输出,光-光转换效率为6.7%,斜率效率为17%.激光器采用平-平腔结构,每个抽运头使用了一个连续运转的高功率激光二极管侧面抽运组件,组件内由35只20 W的激光二极管呈五边形阵列分布抽运一根Nd∶YAG圆棒.采用镜片镀膜的方法使Nd∶YAG工作在1319 nm波长,经腔内倍频得到单一波长659.5 nm红光输出,并对该激光器的基频及倍频输出特性进行了实验研究.     

半导体激光器的原子法拉第反常色散光学滤波器光反馈稳频

为提高半导体激光器的频率稳定性，利用原子法拉第反常色散光学滤波器（FADOF）超窄带的选频透射特性，将其置于半导体激光器的外腔中作选频元件，采用光反馈的方法，使得透射率低的激光频率分量被抑制，透射率高的激光频率分量被加强，有效地实现了光反馈激光稳频。利用Cs原子法拉第反常色散光学滤波器工作于D2线852nm的4峰窄带透射状态。通过调节半导体激光器的温度和电流，调谐半导体激光器的输出波长，将激光器锁定在任何一个透射峰上，用26％的光反馈量，使稳频后的激光频率长期稳定性保持在75MHz／2h以内，而且采用这种稳频方法的输出激光中心波长一直稳定在频率基准上，没有单方向漂移。同时，还实现了Cs原子法拉第反常色散光学滤波器稳频半导体激光器结构的一体化，使其具有实用性。