基于环形谐振器的半导体激光器自注入锁定研究
发布时间：2021-08-15 10:21
半导体激光器体积小、成本低,在相干测距、相控阵雷达、光纤传感以及原子钟等领域,对具有超窄线宽的半导体激光器有急迫需求。利用环形谐振器的选频特性,通过自注入锁定可以对半导体激光器进行线宽压窄和稳定。基于光纤环形谐振器的自注入压窄方法具有成本低、简单方便、压窄效率高的优势。论文实验对比了窄线宽激光器线宽测量的三种方法,选择了适合分布反馈（DFB）半导体激光器线宽压窄测量的延时自外差法。基于环形谐振器的传输特性,设计了接近临界耦合状态的光纤环形谐振器,搭建了基于光纤环形谐振器的半导体激光器自注入锁定的实验装置,1MHz线宽的DFB半导体激光器压窄后线宽达6kHz。对比使用不同参数的光纤环形谐振器进行自注入锁定达到的线宽压窄程度和输出稳定性,总结了环形谐振器结构参数对半导体激光器自注锁定的影响规律。此外,光纤环形谐振器易受外界环境,如温度和振动的影响,尤其是光纤环长,自由光谱范围小,所以在自注入锁定时跳模现象频发,而光波导环形谐振器具有结构紧凑、集成度高、抗环境干扰能力强等优势,所以本论文同时开展了使用光波导环形谐振器进行自注入锁定的研究。利用二氧化硅光波导环形谐振器,得到自注入锁定后线宽为2...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平面光栅外腔半导体激光器结构[18]
3受外界环境干扰，所以这种类型的外腔半导体激光器具有频率稳定的特性。法国的Crozatier团队[21]于2006年设计的平面波导光栅外腔激光器结构如图1.2所示，他们利用LiNbO3作为波导衬底，在其掺Fe部分光刻了13mm长的布拉格光栅，获得18kHz的激光线宽和40dB的边模抑制比。图1.2Crozatier团队的平面波导光栅激光器结构图[21]RIO公司[22]于2009年研制出波长在1550nm波段的平面波导光栅外腔激光器，并实现了商品化，该激光器具有窄线宽和低噪声等优异特性，其激光器结构和外形如图1.3所示。图1.3RIO公司的外腔激光器[22](a)平面波导布拉格光栅结构图，(b)RIO激光器外形示意图美国马里兰大学的Numata团队[23]于2010年报道了一种1542nm波段的窄线宽平面波导光栅外腔激光器，该激光器具有极低的频率噪声和相对强度噪声，在100MHz处强度噪声为-8-210Hz。3.光纤布拉格光栅外腔光纤布拉格光栅（FiberBragggrating，FBG）作为一种反射式光栅，是利用光纤材料的光敏特性，通过紫外光曝光等方法在光纤纤芯处形成折射率周期性变化的相位光栅，再将含光栅结构的光纤与增益芯片进行耦合。该方案由于结构简单、价格低廉，所以被广泛研究与应用[24-28]。英国南安普顿大学光电研究中心Lynch团队[29]于2016年报道光纤布拉格光栅外腔半导体激光器结构如图1.4所示，他们利用紫外光直接写入光栅来制造光纤布拉格光栅外腔，再通过火焰水解反应将光纤与硅片上的二氧化硅结合，制作出输出谱线在1532.83nm的外腔半导体激光器，输出功率为9mW，线宽小于14kHz，同时具有优越的相对强度噪声特性。
3受外界环境干扰，所以这种类型的外腔半导体激光器具有频率稳定的特性。法国的Crozatier团队[21]于2006年设计的平面波导光栅外腔激光器结构如图1.2所示，他们利用LiNbO3作为波导衬底，在其掺Fe部分光刻了13mm长的布拉格光栅，获得18kHz的激光线宽和40dB的边模抑制比。图1.2Crozatier团队的平面波导光栅激光器结构图[21]RIO公司[22]于2009年研制出波长在1550nm波段的平面波导光栅外腔激光器，并实现了商品化，该激光器具有窄线宽和低噪声等优异特性，其激光器结构和外形如图1.3所示。图1.3RIO公司的外腔激光器[22](a)平面波导布拉格光栅结构图，(b)RIO激光器外形示意图美国马里兰大学的Numata团队[23]于2010年报道了一种1542nm波段的窄线宽平面波导光栅外腔激光器，该激光器具有极低的频率噪声和相对强度噪声，在100MHz处强度噪声为-8-210Hz。3.光纤布拉格光栅外腔光纤布拉格光栅（FiberBragggrating，FBG）作为一种反射式光栅，是利用光纤材料的光敏特性，通过紫外光曝光等方法在光纤纤芯处形成折射率周期性变化的相位光栅，再将含光栅结构的光纤与增益芯片进行耦合。该方案由于结构简单、价格低廉，所以被广泛研究与应用[24-28]。英国南安普顿大学光电研究中心Lynch团队[29]于2016年报道光纤布拉格光栅外腔半导体激光器结构如图1.4所示，他们利用紫外光直接写入光栅来制造光纤布拉格光栅外腔，再通过火焰水解反应将光纤与硅片上的二氧化硅结合，制作出输出谱线在1532.83nm的外腔半导体激光器，输出功率为9mW，线宽小于14kHz，同时具有优越的相对强度噪声特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]1.5μm波段外腔半导体激光器稳频技术研究[J]. 金杰,马翔. 半导体光电. 2005(06)
[2]半导体激光器温度控制研究[J]. 曾华林,江鹏飞,谢福增. 激光与红外. 2004(05)
[3]半导体激光器输出功率自动控制电路[J]. 刘澄,刘伟. 电力环境保护. 2004(02)
[4]延时自外差测谱系统的基本要求[J]. 史寒星,吴铁. 北京邮电大学学报. 1997(02)
硕士论文
[1]窄线宽激光器线宽测量系统的研究[D]. 彭静娴.北京邮电大学 2015
[2]环形谐振器对谐振式集成光学陀螺性能影响分析[D]. 刘明阳.长春理工大学 2014
[3]半导体激光器线宽压窄研究[D]. 罗治福.国防科学技术大学 2014
[4]低噪声高稳定性的半导体激光器电流源的研制[D]. 李伟.燕山大学 2013
[5]窄线宽半导体激光器的研究[D]. 郑甜美.天津理工大学 2012
[6]980nm光纤光栅外腔半导体激光器的研制[D]. 刘规东.长春理工大学 2010
本文编号：3344355
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平面光栅外腔半导体激光器结构[18]
3受外界环境干扰，所以这种类型的外腔半导体激光器具有频率稳定的特性。法国的Crozatier团队[21]于2006年设计的平面波导光栅外腔激光器结构如图1.2所示，他们利用LiNbO3作为波导衬底，在其掺Fe部分光刻了13mm长的布拉格光栅，获得18kHz的激光线宽和40dB的边模抑制比。图1.2Crozatier团队的平面波导光栅激光器结构图[21]RIO公司[22]于2009年研制出波长在1550nm波段的平面波导光栅外腔激光器，并实现了商品化，该激光器具有窄线宽和低噪声等优异特性，其激光器结构和外形如图1.3所示。图1.3RIO公司的外腔激光器[22](a)平面波导布拉格光栅结构图，(b)RIO激光器外形示意图美国马里兰大学的Numata团队[23]于2010年报道了一种1542nm波段的窄线宽平面波导光栅外腔激光器，该激光器具有极低的频率噪声和相对强度噪声，在100MHz处强度噪声为-8-210Hz。3.光纤布拉格光栅外腔光纤布拉格光栅（FiberBragggrating，FBG）作为一种反射式光栅，是利用光纤材料的光敏特性，通过紫外光曝光等方法在光纤纤芯处形成折射率周期性变化的相位光栅，再将含光栅结构的光纤与增益芯片进行耦合。该方案由于结构简单、价格低廉，所以被广泛研究与应用[24-28]。英国南安普顿大学光电研究中心Lynch团队[29]于2016年报道光纤布拉格光栅外腔半导体激光器结构如图1.4所示，他们利用紫外光直接写入光栅来制造光纤布拉格光栅外腔，再通过火焰水解反应将光纤与硅片上的二氧化硅结合，制作出输出谱线在1532.83nm的外腔半导体激光器，输出功率为9mW，线宽小于14kHz，同时具有优越的相对强度噪声特性。
3受外界环境干扰，所以这种类型的外腔半导体激光器具有频率稳定的特性。法国的Crozatier团队[21]于2006年设计的平面波导光栅外腔激光器结构如图1.2所示，他们利用LiNbO3作为波导衬底，在其掺Fe部分光刻了13mm长的布拉格光栅，获得18kHz的激光线宽和40dB的边模抑制比。图1.2Crozatier团队的平面波导光栅激光器结构图[21]RIO公司[22]于2009年研制出波长在1550nm波段的平面波导光栅外腔激光器，并实现了商品化，该激光器具有窄线宽和低噪声等优异特性，其激光器结构和外形如图1.3所示。图1.3RIO公司的外腔激光器[22](a)平面波导布拉格光栅结构图，(b)RIO激光器外形示意图美国马里兰大学的Numata团队[23]于2010年报道了一种1542nm波段的窄线宽平面波导光栅外腔激光器，该激光器具有极低的频率噪声和相对强度噪声，在100MHz处强度噪声为-8-210Hz。3.光纤布拉格光栅外腔光纤布拉格光栅（FiberBragggrating，FBG）作为一种反射式光栅，是利用光纤材料的光敏特性，通过紫外光曝光等方法在光纤纤芯处形成折射率周期性变化的相位光栅，再将含光栅结构的光纤与增益芯片进行耦合。该方案由于结构简单、价格低廉，所以被广泛研究与应用[24-28]。英国南安普顿大学光电研究中心Lynch团队[29]于2016年报道光纤布拉格光栅外腔半导体激光器结构如图1.4所示，他们利用紫外光直接写入光栅来制造光纤布拉格光栅外腔，再通过火焰水解反应将光纤与硅片上的二氧化硅结合，制作出输出谱线在1532.83nm的外腔半导体激光器，输出功率为9mW，线宽小于14kHz，同时具有优越的相对强度噪声特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]1.5μm波段外腔半导体激光器稳频技术研究[J]. 金杰,马翔. 半导体光电. 2005(06)
[2]半导体激光器温度控制研究[J]. 曾华林,江鹏飞,谢福增. 激光与红外. 2004(05)
[3]半导体激光器输出功率自动控制电路[J]. 刘澄,刘伟. 电力环境保护. 2004(02)
[4]延时自外差测谱系统的基本要求[J]. 史寒星,吴铁. 北京邮电大学学报. 1997(02)
硕士论文
[1]窄线宽激光器线宽测量系统的研究[D]. 彭静娴.北京邮电大学 2015
[2]环形谐振器对谐振式集成光学陀螺性能影响分析[D]. 刘明阳.长春理工大学 2014
[3]半导体激光器线宽压窄研究[D]. 罗治福.国防科学技术大学 2014
[4]低噪声高稳定性的半导体激光器电流源的研制[D]. 李伟.燕山大学 2013
[5]窄线宽半导体激光器的研究[D]. 郑甜美.天津理工大学 2012
[6]980nm光纤光栅外腔半导体激光器的研制[D]. 刘规东.长春理工大学 2010
本文编号：3344355
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