1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
针对调频连续波干涉测量系统中半导体激光光源存在波长漂移的问题，提出了一种基于干涉腔的调频连续波激光波长稳定性测量方法。首先推导了波长漂移量的测量理论，确定了位移-波长漂移量的变化系数，然后设计了拍频信号波长漂移量的解调算法，最后搭建了调频连续波干涉腔测量系统并进行了实验验证。结果表明，波长漂移量的测量分辨率为0.016 pm，波长漂移解算速度达50/s(测量时间为0.02 s)，相比光学拍频法和干涉比较法，测量速度有较大的提高。激光器持续工作1 h，测量标准差为0.049 pm，平均中心波长稳定性在0.19×10-6内。该方法在光纤传感和精密干涉测量领域有较好的应用价值。
测量 调频连续波 干涉腔测量法 激光器 波长稳定性
红外与激光工程
2021, 50(4): 20200111
1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
对974 nm双光纤光栅激光器的温度特性进行理论分析与实验研究,理论模拟了双光纤光栅的栅距对反射率的影响。先在室温(25 ℃)下测试器件的光谱,与未加双光纤光栅器件的光谱相比,双光纤光栅激光器的光谱中的次峰得到明显抑制,测试得到峰值波长(974.07 nm)锁定在光栅的中心波长974 nm附近。对器件的功率电流电压特性进行测试,当工作电流达到400 mA时,尾纤输出功率大于253 mW。再分别测试器件在全温范围下的波长变化率和功率变化率,得到波长变化率小于8.2×10 -3 nm/℃。最后测试器件的微分结构函数曲线并分析热阻分布,通过优化热沉的烧结工艺使器件功率变化率小于1.06%。
激光器 半导体激光器 双光纤光栅 波长稳定性 功率稳定性
采用掺铒光子晶体光纤代替传统掺铒光纤来提高超荧光光纤光源输出的功率稳定性和平均波长稳定性。在-45℃~70℃的全温区范围内，对超荧光光纤光源的光纤长度和半导体激光器(LD)抽运功率进行优化，并提出了用插值法进行LD抽运功率的优化方法，在光纤长度优化的基础上，高效、精确地优化了抽运功率，改善了光源的平均波长稳定性。经过优化的光源，在-45℃~70℃的全温区范围内平均波长变化量为0.67×10-6 /℃，输出功率稳定性为0.37%。
光纤光学 超荧光光纤光源 平均波长稳定性 光子晶体光纤
光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出，同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求，采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段，对光纤材料和器件进行大温区全局优化，以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果，以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量，通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计，得到输出功率为32mW，功率稳定性为0.65%，光谱带宽为12.5nm，光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明，平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中，32mW输出功率非常高; 所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标，满足光纤陀螺对光纤光源的要求。
光纤光学 超荧光光纤光源 光纤滤波器 双程后向结构 平均波长稳定性 fiber optics superfluorescent fiber source fiber filter double-pass backward configuration mean wavelength stability
根据高稳定性半导体激光(LD)泵浦单块非平面环形腔(NPRO)单频激光器对于功率稳定性和频率稳定性的要求, 设计并研制了一套高精度的精密温控系统。该系统基于模拟比例-积分-微分(PID)控制原理, 采用程控调节P和PI的方式, 通过对半导体制冷器(TEC)的驱动控制, 实现在-10~+70℃范围内对LD和NPRO单块晶体温度的精确控制, 控温精度达±0.01℃。采用该温控系统的LD泵浦1645nm NPRO单频激光器, 30min内相对波长稳定性达8.32×10-7。
单频激光器 精密温控 波长稳定性 single frequency lasers PID PID accurate temperature control wavelength stability
针对泵浦偏振态对高精度光纤陀螺掺铒光纤光源平均波长稳定性产生影响的问题，设计了掺铒光纤光源泵浦消偏的结构，该结构采用 Lyot光纤消偏器来对泵浦光进行消偏，理论分析了该结构中 Lyot消偏器结构参数的选取。实验验证了掺铒光纤光源的波分复用器具有偏振特性，会影响掺铒光纤光源平均波长稳定性，采用设计的泵浦消偏结构可有效消除波分复用器具有的偏振特性。在光源结构已被优化，只考虑泵浦偏振态对光源平均波长稳定性影响的情况下，对温箱中的光源进行对比实验，结果表明，对偏振态未加任何控制的掺铒光纤光源平均波长稳定性为 77 ppm，采用泵浦消偏结构的光源平均波长稳定性为 4 ppm，即本文设计的泵浦完全消偏结构使得掺铒光纤光源平均波长稳定性得到了显著提高。
光纤陀螺 偏振态 增益依赖偏振特性 Lyot消偏器 波长稳定性 FOG polarization state polarization dependent gain Lyot depolarizer wavelengtht stability
1 西安工业大学 数理系，西安 710032
2 深圳市激光工程重点实验室， 深圳大学 电子科学与技术学院，深圳518060
3 深圳大学 信息工程学院，深圳 518060
研究了输出谱型为近高斯型的掺铒超荧光光纤光源,分析了高斯型光谱的自相干函数和影响平均波长稳定性的因素.采用双程前向光源结构，通过选择铒纤长度获得高斯型光谱输出，同时调节泵浦功率来优化铒纤的本征温度系数对光源的影响,得到铒纤长度10.05 m，泵浦功率为172 mW时，整体光路（除半导体泵浦激光器及其驱动电源）在全温－40 ℃~60 ℃测试条件下平均波长稳定性为66.651 ppm的近高斯型掺铒光纤光源.
掺铒超荧光光纤光源 近高斯型 双程前向 自相干函数 平均波长稳定性 Erbium-doped fiber super-flourescent source Near Gaussian-shaped spectrum Double-pass forward Self-coherence function Mean-wavelength stability
研究了铒离子掺杂浓度对掺铒光纤光源的泵浦效率和波长稳定性的影响。在设计好的单程后向光源中采用5 种不同类型的光纤分别进行了实验，通过比较采用不同光纤时掺铒光纤光源的输出特性发现掺铒光纤光源的泵浦效率随铒离子浓度增大而先增大；铒离子浓度过高时存在群聚效应，光源泵浦效率反而下降，群聚效应使泵浦效率下降了20%。泵浦阈值则随着铒离子浓度的增加从18.3 mW 增加到了32.4 mW。通过试验发现光纤优化长度依比例决定于掺铒光纤中的铒离子浓度，而泵浦波长与光源波长的关系却不受铒离子浓度影响。比较采用不同铒离子浓度光纤的光源的小范围温度特性，较低浓度的光纤温度稳定性好于高浓度的温度稳定性将近100 ppm。通过实验确定掺铒光纤中最适宜的铒离子浓度在110 mol 左右。
掺铒光纤光源 铒离子浓度 波长稳定性 泵浦效率 群聚效应 Erbium doped fiber source erbium concentration wavelength stability pump efficiency cluster effect
