1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学无锡研究院，江苏 无锡 214174
随着激光雷达、引力波探测和光学原子钟等新技术的兴起和研究的不断深入，光学精密测量覆盖的应用领域的广度和深度都在拓展，传统自由运转的激光器其稳定性难以满足高精密测量的应用要求。超窄线宽、超低噪声和长期稳定的光源已成为该领域迫切追求的目标。光纤激光器具备结构紧凑、易于集成化和极限线宽窄等特点，通过噪声抑制和稳频技术输出超稳定、超窄线宽激光，近年来逐渐成为热点研究方向。本文从光纤激光器的噪声理论出发，介绍了光纤激光器的噪声来源、分类及测试方法，基于噪声理论，分类总结了光纤激光器强度噪声和频率噪声不同抑制技术的原理、发展历程及现阶段进展，并对窄线宽光纤激光器的发展趋势做了展望。
激光器 超窄线宽激光 光纤激光器 噪声抑制 稳频技术 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1500002
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230131
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
We designed a tunable wavelength-selective quasi-resonant cavity enhanced photodetector (QRCE-PD) based on a high-contrast subwavelength grating (SWG). According to simulation results, its peak quantum efficiency is 93.2%, the 3 dB bandwidth is 33.5 GHz, the spectral linewidth is 0.12 nm, and the wavelength-tuning range is 28 nm (1536–1564 nm). The QRCE-PD contains a tunable Fabry–Perot (F-P) filtering cavity (FPC), a symmetrical SWG deflection reflector (SSWG-DR), and a built-in p-i-n photodiode. The FPC and the SSWG-DR form an equivalent multi-region F-P cavity together by multiple mutual mirroring, which makes the QRCE-PD a multi-region resonant cavity enhanced photodetector. But, QRCE-PD relies on the multiple-pass absorption enhanced effect to achieve high quantum efficiency, rather than the resonant cavity enhanced effect. This new photodetector structure is significant for the application in the dense wavelength division multiplexing systems.
photodetector quasi-resonant cavity subwavelength grating ultra-narrow linewidth Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031301
1 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101
2 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250103
介绍了一种基于分布反馈光纤激光器的超窄线宽布里渊光纤激光器。采用布里渊环形腔结构,以分布式反馈光纤激光器作为布里渊泵浦光源,以输出波长为980nm的半导体激光器作为腔内掺铒激光放大的泵浦光源,实现了超窄线宽的布里渊激光输出。布里渊环形腔腔长为10 m,加偏振控制后可获得单频布里渊激光输出。为保证激光器的单纵模输出,分布反馈光纤激光器和半导体激光器泵浦光源功率应分别不低于20 mW和50 mW。泵浦光源输出功率最大为250 mW时,最终布里渊激光输出功率超过15 mW,线宽可小于100 Hz。
光纤激光器 超窄线宽 分布式反馈 布里渊光纤激光器 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 071401
北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室, 北京 100124
亚波长光栅导模共振滤波器, 具有高峰值反射率、低旁带反射和窄带等特点, 能够实现基于高低折射率介质的滤波器所无法达到的独特功能。设计了中心波长为852nm的带有间隔层、线宽可控的超窄线宽导模共振滤波器, 并分析了主要参数对反射光谱的影响。选择弱调制的介质作为光栅层, 并在光栅层和波导层之间插入一层低折射率的介质作为间隔层来减小光栅层和波导层之间的耦合强度, 进而使导模共振滤波器的线宽达到0.02nm的超窄程度, 并且该结构中的光栅厚度、占空比等对反射光谱的影响极小, 均利于其工艺制备。
亚波长光栅 导模共振 滤波器 超窄线宽 subwavelength grating guide mode resonance filter ultra-narrow linewidth
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
利用耦合非线性微分方程组求解饱和吸收体光栅（SAG）的损耗谱，得到了在无谐振腔时SAG参数与光栅带宽、中心频率损耗、边模抑制比等光栅滤波特性的关系。考虑谐振腔的存在，对SAG纵模边模抑制比进行修正，数值分析了优化区范围及优化程度。结果表明，当满足饱和吸收体长度约为腔内光纤长度1/3时，可实现平坦的边模损耗谱，且在小于由注入功率决定的掺铒光纤长度内，纵模的边模抑制比较无谐振腔时提高了0.3~0.6 dB。采用扫频法初步验证了达到平坦边模损耗谱的条件。
激光器 光纤激光器 饱和吸收体光栅 掺铒光纤 超窄线宽 跳模
山东大学 控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
基于超窄线宽激光特性和光源波长扫描技术, 构建了高灵敏度腔增强吸收式乙炔气体检测系统。该系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作光源, 使用两块高反射率平凹透镜组成的光学谐振腔作吸收池, 通过扫描腔长使入射激光频率与谐振腔模式相匹配, 利用激光失谐技术快速断开入射激光, 从而实现对微量乙炔气体浓度的衰荡测量。利用腔增强吸收技术测得了激光衰荡时间和6 518.824 cm-1附近的乙炔弱吸收光谱并进行了分析。结果表明, 乙炔气体浓度线性相关系数优于0.999, 最大相对误差小于2.5%, 极限检测灵敏度为2×10-6; 逐次充入一定体积的乙炔气体, 动态响应时间均小于10 s。该检测系统精确度好、灵敏度高, 具有较好的动态响应特性, 可用于电力变压器故障气体实时在线监测。
乙炔 浓度检测 腔增强吸收技术 超窄线宽激光 激光失谐技术 acetylene concentration detection cavity enhanced absorption technique ultra-narrow-linewidth laser laser detuning technique
山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南250061
基于超窄线宽激光特性和激光器波长扫描技术, 通过对一氧化碳气体近红外吸收光谱的测量及分析, 设计了一氧化碳气体多参数实时在线检测系统。 系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 利用气体直接吸收光谱测温法, 实现了一氧化碳气体温度实时检测。 根据所测温度值并结合气体浓度差分检测原理, 实现了一氧化碳气体温度和浓度同时测量。 利用超窄线宽激光器波长扫描技术还测得了不同温度下一氧化碳分子在6 354.179和6 383.09 cm-1附近的吸收谱线并进行了Voigt拟合和分析。 实验结果表明, 系统温度测量最大相对误差小于4%, 长时间稳定性实验, 温度最大相对波动小于3.5%; 系统浓度测量最大相对误差小于5%, 最小检测限为0.05%。 该气体多参数检测系统精确度高、 稳定性好, 可用于电力变压器故障气体状态实时在线监测。
一氧化碳吸收光谱 超窄线宽激光 多参数测量 波长扫描技术 吸收线强 Carbon monoxide absorption spectrum Ultra-narrow-linewidth laser Wavelength scanning technology Absorption line strength Multi-parameter detecting 光谱学与光谱分析
2011, 31(10): 2829
山东大学 控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
应用超窄线宽半导体激光器的波长扫描和光谱调制技术, 设计了一种高精度多组分气体实时在线检测系统。系统采用单一超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 设计了新型串联式气室结构减小横向空间、增加光程长, 并通过三角波信号对光源光谱进行调制; 结合时分复用和空分复用技术, 利用超窄线宽激光的特性实现了CO, CO2, CH4多组分气体浓度的同时多点检测。实验结果表明, 对CO, CO2, CH4多组分气体浓度测量的线性相关度为0.99, 最大相对误差<2%; 逐次充入一定体积CH4, CO2, CO气体, 动态响应时间均小于10 s。长时间稳定性实验显示, 多组分气体浓度最大波动<0.02%。该系统精确度高、稳定性好, 具有较好的动态响应特性, 可用于电力变压器故障气体的实时在线监测。
激光光学 多组分气体检测 波长扫描技术 超窄线宽激光器 谐波检测 串联气室 laser optics multi-component gas detection wavelength scanning technique ultra-narrow-linewidth laser harmonic detection series gas cell
