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%。     

长腔长体布拉格光栅外腔半导体激光器

为了实现体布拉格光栅外腔半导体激光器(VBL)的外腔腔内光束合成,研究了长腔长VBL的激光输出特性。采用焦距为25 mm的平凸柱透镜作为单管激光二极管(LD)的慢轴准直镜,同时快轴方向体布拉格光栅(VBG)离轴放置,使得VBL的外腔腔长达到约240 mm,线宽从自由运转时的1.8 nm压窄至0.14 nm。在实验中,改变LD的偏振特性,VBL的激光输出特性不变。通过调节VBG温度,该长腔长VBL的激光中心波长从779.18 nm到779.75 nm连续可调,调谐过程中线宽基本不变。     

连续工作的体布拉格光栅外腔半导体激光器的温度特性

对体布拉格光栅(VBG)作为波长选择元件的外腔半导体激光器的波长锁定进行了实验研究,报道了连续运转输出功率达43.5 W的半导体激光器阵列的体布拉格光栅波长锁定实验结果,给出了不同热沉温度下的稳定的波长锁定结果,说明采用体布拉格光栅外腔将减小半导体激光器的温控压力。实验中发现,随着注入电流的增大,输出激光功率逐渐增强,锁定的激射波长向长波长方向偏移。在输出功率为34.5 W时,波长红移约0.56 nm。这一移动与实验测量的体布拉格光栅的温度特性相吻合。连续和高占空比运行、高输出功率情况下,在器件的设计和使用时应该考虑这一效应。     

温控体布拉格光栅外腔单管半导体激光器

为了研究铷蒸气激光中的线宽匹配技术,基于半导体制冷片(TEC)的温度控制技术设计了窄线宽可调谐单管半导体激光器.利用半导体激光器的温度漂移特性,使LD的激光光谱中心波长在780 nm附近(工作温度-6℃),采用体布拉格光栅(VBG)外腔结构改善了LD的激光光谱,获得了功率1.448 W线宽0.13 nm的激光输出.通过调节VBG的温度,LD波长可从779.28 nm调谐至780.13 nm,调谐范围达850 pm.     

光栅外腔半导体激光器的波长特性研究

本文对光栅外腔半导体激光器调谐在不同波长所需的阈值条件和输出功率进行了研究。     

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。     

双光栅外腔半导体激光器压窄技术的研究

介绍了利用双光栅外腔结构对650 nm半导体激光器输出激光进行选模、线宽压窄及波长调谐的研究.获得了最窄线宽＜0.01 nm的单纵模激光输出,实现了波长调谐范围约8.4 nm.     

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。     

用于干涉测量的光栅外腔半导体激光器

研制了用于光干涉测量的单稳频、窄线宽光栅外腔半导体激光器(LD)。它由出光面镀有增透膜的单管半导体激光器、光束校正准直系统、闪耀光栅、注入电流驱动系统及温度控制系统组成。闪耀光栅作为外腔光反馈元件对单管半导体激光器输出的纵模进行选择，使之工作在单纵模状态。外腔的引入还使输出光的谱线宽度得以大大压窄。注入电流驱动系统为半导体激光器提供工作电流。温度控制系统由双层温控组成。第一层用于控制单管半导体激光器管芯温度；另一层用于及时带走第一层温控产生的热量，并消除环境温度影响，使外腔温度稳定。该温控系统可使所构成激光器的温度稳定在1‰℃量级。对研制的外腔半导体激光器的特性进行测试，其输出功率恒定、模式单一稳定、谱线宽度优于1．4MHz。     

体全息光栅外腔半导体激光器列阵的光谱特性

从理论上分析了强反馈外腔半导体激光器的工作原理,并采用了体全息光栅(VHG)外腔反射镜来改善大功率半导体激光器列阵(LDA)的光谱特性,这种体光栅具有很好的波长选择性,使得半导体激光器列阵的光谱线宽从2nm减小到0.22nm,增加了光谱亮度,而且随电流和温度变化的波长稳定性得到极大改善.     

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/℃.     

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。     

双体光栅外腔二极管激光器光谱特性研究

为了研究双体布喇格光栅外腔二极管激光器的衍射特性,采用一块体布喇格光栅与一块横向啁啾体布喇格光栅组成双体布喇格光栅,理论分析了组合前后体布喇格光栅的衍射特性,实验研究了双体布喇格光栅外腔二极管激光器的输出光谱特性。结果表明,在双体布喇格光栅外腔反馈的作用下,可以实现双波长同时输出,通过横向移动横向啁啾体布喇格光栅,可以在保持其中一个中心波长不变的情况下,使另外的一个波长在800nm~815nm的范围内线性调谐。此研究为基于双体布喇格光栅实现双波长输出的大功率二极管激光器提供了实验指导。     

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。     

双光栅外腔半导体激光器压窄技术的研究

介绍了利用双光栅外腔结构对650 nm半导体激光器输出激光进行选模、线宽压窄及波长调谐的 研究。获得了最窄线宽<0.01 nm的单纵模激光输出,实现了波长调谐范围约8.4 nm。     

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。     

光热敏折变玻璃的体布拉格光栅热特性理论研究

光热敏折变（photo-thermo-refractive, PTR）玻璃材质的体布拉格光栅（volume Bragg grating, VBG）在外腔半导体激光器（laser diode, LD）光谱特性改善领域具有较为广泛的应用。基于有限元分析方法,研究了LD辐照高度、LD功率和工作温度对VBG热分布的影响。在LD功率为40 W和工作温度为25℃的工作条件下,辐照高度分别为1.48、0.88和0.28 mm时,VBG的最高温升分别为8.52、5.07、2.20℃。辐照区域内的温度与工作温度的偏差随LD功率升高等比例变大。升高VBG工作温度,可以缩小辐照区域内的实际温度与工作温度的差距。结果表明,通过优化辐照高度和LD的工作参数,可以实现VBG工作区域较小的温度梯度分布。     

反射式体布拉格光栅设计及其在激光器中的应用研究

半导体激光器的发射波长随工作电流和温度的改变而变化,从而影响输出激光的有效线宽和波长稳定性,无法满足固体激光器中增益介质对泵浦源波长和线宽的要求。使用自主研发的衍射效率为9.9%的878 nm反射式全息体布拉格光栅(volume Bragg grating,VBG)作为半导体激光器的反射腔镜,可以将激光发射波长锁定在设计的878 nm附近,输出线宽仅为0.3 nm,波长电流漂移系数为0.015 nm/A,温度漂移系数为0.0075 nm/℃。利用波长锁定的半导体激光器作为泵浦源、自主研发的衍射效率为98.71%和94.32%的1 064 nm VBG作为前后腔镜以及掺杂浓度为0.3%的Nd∶ YVO₄晶体作为增益介质搭建全固态激光器,经过空间光路的调试,获得中心波长1 064.2 nm、线宽0.29 nm的连续稳定激光输出。     

窄线宽蓝光半导体激光器研究

由于有色金属对蓝光激光光源具有良好的吸收效率,因此蓝光半导体激光器逐步成为研究热点。针对激光加工纯铜、纯金、高强铝等高反射金属材料的市场需求,采用体布拉格光栅作为外腔反馈元件,压窄激光线宽,稳定激光波长,并基于空间合束技术将6片单管蓝光激光芯片聚焦耦合进芯径为105μm、数值孔径为0.22的光纤中,研制出窄线宽蓝光半导体激光光纤耦合模块。当工作电流为3 A时,该激光模块的输出功率为26.32 W,稳定输出波长为444.29 nm,光谱线宽被压至0.18 nm。