1 安徽大学物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230039
2 中国科学院合肥物质科学研究院，安徽光学精密机械研究所，光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学物理学院，安徽 合肥 230026
4 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
5 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
报道一种可用于超稳腔Pound-Drever-Hall（PDH）稳频的2 μm波段分布Bragg反射（DBR）光纤激光器及其频率锁定结果。该绝热封装的光纤激光器配备主动温度控制和压电陶瓷（PZT）频率调谐装置，可满足超稳腔PDH稳频应用。通过周期极化铌酸锂（PPLN）晶体倍频，采用PDH稳频技术将研制的1950 nm光纤激光器频率稳定到了1 μm波段超稳腔频率参考上。针对DBR光纤激光器中PZT频率调谐机制只反馈调节腔长，容易在稳频过程中产生激光器跳模进而导致频率失锁的问题，笔者提出并演示了一种对DBR光纤谐振腔实施基于超稳腔频率参考的实时温度控制方案，并采用该方案实现了对DBR光纤激光器超过4周的长期频率锁定。该方案对于实现DBR光纤激光器的长期频率锁定具有较高的参考价值。
激光器 光纤激光器 分布Bragg反射 PDH稳频 超稳腔 温度控制 中国激光
2023, 50(23): 2301014
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院，江苏 南京 210023
3 南京邮电大学 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室，江苏 南京 210023
一维手性软光子晶体胆甾相液晶（CLC）在防伪标签、纳米激光器和传感等领域具有广泛的应用。本文采用多步图案化紫外固化方法并结合清洗-重填工艺，实现了多色的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。采用标签打印机打印PET图案作为掩膜版，对可聚合的CLC材料进行紫外固化，得到图案化的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。在此基础上，将非固化区域的液晶材料洗去并重新填充不同手性剂含量的CLC，再次图案化紫外曝光，即可实现多色的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。研究了不同入射角、弯曲曲率半径和温度对反射器件光学性能的影响。实验结果表明，采用上述方法制备的多色可自支撑反射器件具有良好的柔性，不同曲率半径下的布拉格反射中心波长基本不变。随着温度升高，布拉格反射中心波长红移，且具有良好的线性度。多色的可自支撑柔性薄膜反射器件可拓展CLC在显示、传感、激光防护和微纳光学等领域的进一步应用。
胆甾相液晶 布拉格反射 多色自支撑柔性薄膜 光学器件 cholesteric liquid crystal bragg reflection free standing flexible film optical devices
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
3 北京航天控制仪器研究所，北京 100039
4 中国科学院力学研究所 国家微重力实验室，北京 100190
报道了采用DBR方式，利用8 mm的高浓度掺Yb3+单模光纤，实现了波长为1064 nm的单纵模调谐激光稳定输出的实验结果。该DBR谐振腔有效腔长为16 mm，输出最大功率为7.4 mW，通过半导体制冷器温控改变谐振腔的温度，实现了0.824 nm的单纵模无跳模调谐。采用光纤外差法，并利用低损耗环形器和光纤反射镜倍增延迟线长度提升测量精度的方式，测量得到激光最大线宽为4.4 kHz。单纵模激光的弛豫震荡峰位于900 kHz处，其相对强度噪声为−110 dB/Hz，当频率大于1.5 MHz时相对强度噪声为−145 dB/Hz。
光纤激光器 单频 温度调谐 分布布拉格反射 fiber laser single frequency temperature tuning distributed Bragg reflection 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220570
2南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心, 江苏 南京 210044
采用SiO2/Si构建了可见光波段的分布式布拉格反射镜(DBR),在其中加入SU-8光刻胶制备的中心腔,构成传统的布拉格反射波导(BRW),利用传输矩阵法分析了可见光在分布式布拉格反射镜和布拉格反射波导中的传输情况,并研究了介质折射率比、厚度和周期数等各因素对布拉格反射镜的影响以及SU-8的各参量对光子带隙的影响规律。针对传统布拉格反射波导硬件制备比较困难的问题,在SU-8中引入Si柱超表面,构成新型的布拉格反射波导。通过实验分析了超表面对缺陷模的影响,实验表明超表面具有调控缺陷模波长的作用,且新型布拉格反射波导阵列可完成可见光波段的分光功能,可用于改进光学仪器。
光学器件 布拉格反射波导 超表面 分布式布拉格反射镜 SU-8光刻胶 传输矩阵法 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 032301
为了实现蓝相液晶中旋光能力性能的模拟计算, 建立了蓝相液晶的一维模型, 对蓝相液晶在正交线偏光片和正交圆偏光片下的旋光能力进行了模拟计算, 并研究了蓝相液晶对外界环境光的反射特性。首先对胆甾相液晶的旋光特性进行了理论和模拟计算结果之间的对比。然后对比蓝相液晶与胆甾相液晶的结构特点, 建立了高倾角的胆甾相液晶模型来作为蓝相液晶的一维模型, 高倾角的角度由各向同性相的序参数来得到。利用该一维模型模拟计算了蓝相液晶的旋光特性, 与实验结果相符, 然后模拟计算了大螺距蓝相液晶在正交线偏光片和正交圆偏光片下的透过率, 最后模拟计算了这两种情况下蓝相液晶对外界环境光的反射特性。模拟结果表明：使用正交圆偏光片, 可以有效地消除大螺距蓝相液晶在可见光范围的旋光特性和Bragg反射,可见光整体旋光角度从5.2°降低到0.06°。结果将对提高蓝相液晶显示器的显示特性有很大的帮助。
蓝相液晶 旋光能力 布拉格反射 圆偏光片 blue phase liquid crystal optical rotatory Bragg reflection circle polarizer
提出一种包层开槽型分布布拉格反射光纤激光器, 用于光纤激光折射率探测.该激光器以单纵模双偏振分布布拉格反射光纤激光器为核心传感单元, 以结构双折射产生的拍频信号为传感信号对折射率进行探测.实验中应用频率编码, 灵敏度高且易于解调.利用二氧化碳激光器的热效应对分布布拉格反射光纤激光器的谐振腔加工开槽, 通过控制其扫描范围和功率来制备不同宽度和深度的开槽结构, 并研究了不同结构参量对灵敏度特性的影响.实验测得最优灵敏度达-240 MHz/RI-unit .此外, 还对该结构的温度传感特性做了测试, 相较于未刻槽结构, 温度灵敏度提高了21%, 达1.73 MHz/℃.该装置结构紧凑、稳定性高、制备简单且成本低廉, 可用于进一步研究分布布拉格反射光纤激光器的传感和复用特性.
光纤光学 光纤传感 二氧化碳激光器包层开槽 分布布拉格反射光纤激光器 拍频 折射率探测 全光纤传感 Fiber optics Fiber optics sensors CO2 laser cladding-carved Distributed bragg reflection fiber laser Beat frequency Refractive detection All-fiber sensor
1 长春理工大学电子信息工程学院,吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 长春机械科学研究院有限公司, 吉林 长春 130103
半导体宽谱激光在传感、光谱学等领域有着重要的应用.传统半导体宽谱激光器主要采用宽增益材料和全反射波导, 采用简单量子阱结构制备宽谱激光器一直是个难题.作者首次证明了一种基于布拉格反射波导一维光子晶体的新型量子阱宽谱激光器, 其结构主要包括InGaAs/GaAs量子阱和上下布拉格反射镜, 通过偏离解理实现激光输出.研究发现在偏离角7°时, 器件展现宽谱超辐射发光二极管特性, 4.4°偏离角时实现了宽光谱激光输出, 光谱宽度达到33.7 nm, 连续输出功率36 mW.本研究为探索新型量子阱宽谱激光器提出了一种新的技术途径.
半导体激光器 量子阱 宽光谱 光子晶体 布拉格反射波导 semiconductor lasers quantum well broad spectrum photonic crystal Bragg reflection waveguide
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033，
为实现2 μm低发散角激光，提出在GaSb基半导体激光器中引入布拉格反射波导，利用光子带隙效应替代传统的全反射进行光场限制。研究了分布反馈反射镜(DBR)的厚度、对数、高低折射率DBR厚度比以及中心腔厚度等参数对激光器垂直远场发散角和光限制因子的影响。结果表明：垂直远场发散角随单对DBR厚度的增加而减小；光限制因子与远场发散角都随拉格反射镜对数的增加而减小，随高低折射率DBR厚度比的减小而增大；随着中心层厚度的增大，光限制因子减小而远场发散角增大。最终在理论上优化设计出了一种双边布拉格反射波导结构的超低垂直发散角2 μm GaSb基边发射半导体激光器，其垂直远场发散角可降低到10°以下。
中红外半导体激光器 布拉格反射波导 低垂直发散角 mid-infrared semiconductor lasers GaSb GaSb Bragg reflection waveguide low vertical divergence
利用Berreman 4×4矩阵和Matlab编程模拟了胆甾相液晶的反射光谱,分析了螺旋数(液晶厚度)、基板的折射率、双折射、折射率色散、固定螺距、梯度螺距和入射角等因素对反射光谱带宽的影响。结果表明,要得到理想的Bragg反射带宽,液晶层的厚度即螺旋数N需达到N≥10;基板折射率会影响最大反射率,基板折射率ng与寻常光折射率no 相比,ng< no时,最大反射率比较低,ng越小越影响明显,当ng≥no时,具有很好的反射率;折射率的色散和大的入射角会使带宽变窄,而大的双折射Δn和螺距P可以得到较宽的反射带宽,但拓宽效果有限。通过梯度螺距的函数表达式,理论模拟了具有螺距梯度的胆甾相液晶的反射带宽,其对于胆甾相液晶宽波反射的实验研究具有一定的意义。
胆甾相液晶 Berreman 4×4矩阵 Bragg反射 带宽 螺距梯度 cholesteric liquid crystal Berreman 4×4 matrix Bragg reflection bandwidth pitch gradient
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、医疗、传感、空间通讯和**上有着极其重要的应用, 但传统半导体激光器面临垂直发散角大、椭圆光斑的难题, 限制了其直接应用。为了降低激光器的垂直发散角, 本项目采用布拉格反射波导结构, 利用光子带隙导引替代传统的全反射进行光场限制, 优化设计了多种布拉格反射波导激光器结构, 并制备了高性能的激光器器件。首先, 采用传输矩阵理论和布洛赫波近似的方法计算了布拉格反射波导的模式色散关系, 发现通过控制腔模光场分布, 可实现不同远场的激光输出。接着, 针对布拉格波导光子带隙导引机制, 深入研究了四分之一波长布拉格反射波导激光器、单边布拉格反射波导激光器的光场特性, 弄清了影响此类激光器远场的本质因素, 最终设计并验证了一种布拉格反射波导双光束激光器, 激光器在垂直方向可输出两个对称的、近圆形光束, 单光束垂直和侧向发散角半高全宽分别低至7.2°和5.4°。另外, 通过调控光缺陷层, 使激光器工作在受抑隧穿光子带隙导引机制下, 实现了超窄的单光束激光输出, 激光器单管连续输出功率超过4.6 W, 垂直发散角最低降至4.9°(半高全宽)和9.8°(95%功率)。这种高功率、窄的圆形光束输出可以大幅降低半导体激光器的应用成本, 提高泵浦或光纤耦合效率, 具有广阔的应用前景。
半导体激光 布拉格反射波导 光子带隙 低发散角 diode laser Bragg reflection waveguide photonic bandgap low divergence
