基于光纤光栅的外腔窄线宽半导体激光器

发布时间：2019-08-02 15:24

【摘要】：光通信、光探测等领域的发展需要其核心元件—激光器拥有窄的线宽。现有窄线宽激光器如固体激光器等价格较为昂贵。而外腔激光器正是以其低廉的价格和优越的性能受到了人们的广泛关注。针对通信、探测、传感领域对线宽10kHz半导体激光器的需求,本论文对基于光纤光栅的外腔半导体激光器进行了研究,包括光纤光栅外腔半导体激光器的结构优化、半导体激光增益芯片的研制、半导体激光增益芯片与光纤光栅的高效耦合以及光纤光栅外腔半导体激光器的性能分析等。在理论研究部分,本文创新性地将动态理论和静态理论结合,利用MATLAB,以等效腔模型和利用修正后的速率方程对外腔半导体激光器的静态特性—阈值和动态特性—线宽进行了模拟分析。模拟结果表明:该模型中激光器工作在60mA时,外腔光栅反射率由0.1提高至0.9时,阈值电流从9.04mA降低至4.01mA,线宽由95.27kHz降低至1.34kHz;外腔长度由2cm增加至6cm时,激光器线宽由3.20kHz降低至0.36kHz;增益芯片长度由600μm降低至200μm时,激光器线宽由1.69kHz降低至1.22kHz。也就是说,外腔反馈的增强可以使激光器阈值和激线宽减小。外腔长度的增加可以在一定范围内有效压窄激光器线宽。增益芯片尺寸的减小也能对线宽压窄做出贡献。在实验部分,器件制作可分为三步,首先为1550nm波段的InP增益芯片的制作,然后为光纤外腔与波导外腔,经筛选后最终进行耦合封装。其难点在于要保证激光器的单模操作、保证足够大的耦合效率和稳定的工作条件。为保证单模操作,我们制备了性能优良的外腔反馈光栅(反射峰宽约50pm)。为保证足够的耦合效率,我们采用了透镜进行光束整形。为保证稳定的工作条件,我们使用了高精度的电流源和温度控制器TEC。最终经测量,该激光器的阈值电流约为12.37mA,最低线宽100.281Hz,国际上William等人制作的类似结构的外腔激光器线宽为1kHz。
【图文】：

图 1.1 DWDM 光收发市场规模预测相干光通信系统可以极大地提高 DWDM 的性能，然而其对光源要求较高低相位噪声（通常对应窄线宽）的激光器才能满足要求。图 1.2 星座图表激光器线宽对相干光通信系统的影响。

相干光通信系统可以极大地提高 DWDM 的性能，然而其对光源要求较高，只低相位噪声（通常对应窄线宽）的激光器才能满足要求。图 1.2 星座图表示出激光器线宽对相干光通信系统的影响。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248.4

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本文编号：2522199