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。

为了讨论三腔镜近似或耦合腔近似两种等效腔模型对计算光纤光栅外腔半导体激光器等效反射率等参量的近似程度, 挑选出最优的理论模型, 采用数值计算的方法进行模拟仿真, 得到了两种模型在采用切趾光纤Bragg光栅和非切趾光纤Bragg光栅情况下的阈值增益等特性曲线。结果表明, 在采用切趾光纤Bragg光栅, 特别是切趾深度较大的情况下, 采用三腔镜近似模型更加符合实际情况。此研究结果对分析和设计单纵模光纤光栅外腔半导体激光器具有一定的参考价值。

光纤光栅外腔半导体激光器一般采用波导-光纤的直接耦合方式, 光纤与增益芯片的耦合效率对光纤光栅外腔半导体激光器性能影响较大。为了讨论在采用不同类型光纤微透镜时对准误差对耦合效率的影响, 寻找最佳微透镜类型, 指导器件的设计和装配, 分析了锥形和半球形光纤透镜的光线最大接收半角, 利用ZEMAX软件进行模拟仿真, 得到了两种光纤微透镜分别在位置误差和角度误差下的耦合效率曲线图。结果表明, 锥形光纤透镜耦合效果更好, 更适合应用于光纤光栅外腔半导体激光器。

在三腔镜近似的条件下,利用等效腔模型,完成了光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)的理论建模。利用光纤布拉格光栅相关理论,对FBG-ECL模型进行了修正,着重考虑了光纤布拉格光栅的反射率分布、中心波长偏移以及边模抑制比对FBG-ECL性能的影响。对FBG-ECL的等效反射率、阈值增益和线宽特性进行了数值分析。结果表明,在考虑光纤布拉格光栅中心波长与设计波长偏移量、光栅反射率分布以及边模抑制比后,等效腔理论模型更加符合实际情况,可以更为准确地分析实际情况中FBG-ECL的相关特性,对设计应用于FBG-ECL的光纤光栅有一定的指导意义。