1 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电子技术学院, 北京 100049
3 北京量子信息科学研究院, 北京 100193
半导体带间级联量子阱是实现3~5 μm波段中红外激光器的重要前沿,其在半导体光电器件技术、气体检测、医学医疗以及自由空间光通信等诸多领域具有重要科学意义和应用价值。半导体带间级联量子阱发光机理是以二类量子阱中的电子与空穴的带间辐射复合发光为主导,再通过电子注入区与空穴注入区形成级联放大,实现多个量子阱周期内电子与空穴的重复利用。本文综述了半导体带间级联激光器从提出能带结构、外延材料到器件制备技术的发展历程,剖析了器件结构各功能区基本概念和工作原理,介绍了器件结构设计与制备工艺技术难点的里程碑突破,详细解释了载流子再平衡、分别限制层等设计,最后展望了半导体带间级联激光器的发展方向和趋势。
激光器 半导体 量子阱 激光理论
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
为了提高976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量, 基于严格的二阶矩理论搭建了一套适用于高功率半导体激光器的光束质量检测装置。利用该装置测量了实验室研制的976 nm宽条形高功率半导体激光器在1～10 A工作电流下的束腰位置、束腰尺寸和远场发散角。实验结果表明, 随着电流从1 A增加到10 A, 快轴方向束宽及远场发散角由于反导引效应有微小增加, 但由于垂直方向较强的折射率导引机制使得光束参数变化很小, 光束质量因子M2仅从1.32增加到1.48, 光束质量基本不变。慢轴方向由于反导引效应及热透镜效应而导致高阶模式激射, 使得束宽及远场发散角随工作电流增加逐渐增大, 光束质量因子M2从5.44增加到11.76, 光束质量逐渐变差。傍轴光束定义及非傍轴光束定义下的光束质量因子测试结果表明, 在快轴方向, 两者差别较大, 不能使用傍轴光束定义近似计算; 在慢轴方向, 两者近似相等, 可以使用傍轴光束定义近似计算。
半导体激光器 一般激光理论 激光器 semiconductor laser general laser theory lasers
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了被动调Q激光器谐振腔中的相邻两个纵模之间的建立时间之差的解析表达式，并给出了可以有效预测小增益以及初始反转粒子数比阈值粒子数大若干倍情况下单频激光运转的概率的方法。为了证实理论预测，采用腔长11 cm以Cr4+YAG晶体被动调Q的NdYAG激光系统进行了实验验证，实验结果很好地证明了根据相邻纵模建立时间差所分析出的单频运转的概率，以及在一定条件下被动调Q激光器能在无腔内选模元件的情况下稳定地输出单纵模脉冲。
激光光学 被动调Q激光器 纵模选择 激光理论 时间判据
1 华北理工大学 电气工程学院, 河北 唐山 063009
2 唐山赛福特智能控制股份有限公司, 河北 唐山 063009
通过LabVIEW软件设计一个基于TDLAS谐波检测含尘气体浓度的虚拟系统, 模拟测量在常温常压并含有已知粉尘颗粒的环境中SO2、NO2和NO 3种气体的浓度, 且使气体成分测量的结果不受粉尘因素的干扰。设计中使用2 516.2, 2 911.66, 3 752.44 cm-1的3种中红外激光分别对SO2、NO2和NO气体进行检测, 根据锁相放大原理设计虚拟多通道锁相放大器分析检测到的二次谐波信号, 根据谐波信号对各气体的浓度进行定标测量, 最后进行数据校正来排除粉尘颗粒的干扰, 使气体的定标测量得到一个稳定的结果。
系统模拟 激光理论 红外光谱 吸收光谱 含尘多组分气体检测 system simulation laser theory infrared spectroscopy absorption spectrum dust containing gases detection
1 空军工程大学 电讯工程学院，西安 710077
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710068
建立了1200nm带激光抽运下Tm3+，Ho3+共掺石英光纤激光器的理论模型，用数值模拟的方法从理论上对该激光器的性能进行了研究，与实验结果进行了对比分析，以寻求对该激光器性能进行优化的空间。结果表明，在最大人纤抽运功率(3．1W)下，不管是仅Tm3+在3H4，3H6能级之间产生辐射(光纤长度为1m)还是Tm3+，Ho3+之间发生能量转移(光纤长度为3m)时，理论分析所分别获得的1．14W和733mW的输出功率，与930mW和650mW的实验结果比较一致，特别是发生能量转移时。
激光器 铥钬共掺光纤 光纤激光理论 数值模拟 lasers Tm Ho co-doped fiber optical fiber laser theory numerical analysis
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,瞬态光学技术国家重点实验室,西安,710068
2 空军工程大学电讯工程学院,西安,710077
首次报道了用Ti∶ S激光器及Tm-Ho共掺石英光纤等构成复合腔,通过外腔选频产生波长为820 nm波段高性能单模激光的实验研究,复合腔Ti∶ S激光器的光-光转换效率达15.7%,斜率效率可达17.3%.研究了输出激光功率、输出光谱随泵浦功率、激活光纤长度的变化关系,并对相应结果进行了分析.
钛宝石激光器 铥钬共掺光纤 光纤激光器 红外激光 光纤激光理论
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,瞬态光学技术国家重点实验室,西安,710068
2 空军工程大学电讯工程学院,西安,710077
用铥钬共掺石英光纤,在钛宝石激光泵浦下,获得了波长为1870 nm、最大功率为240 mW的单模激光输出,斜率效率接近31%.这是目前用该类光纤获得的最高转换效率.研究了输出激光功率、输出光谱随泵浦功率、激活光纤长度的变化关系,并对相应结果进行了分析.
铥钬共掺光纤 光纤激光器 红外激光 光纤激光理论
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学技术国家重点实验室,西安,710068
2 空军工程大学电讯工程学院,西安,710077
总结分析了高功率双包层光纤激光器的泵浦耦合及激光反馈方式,指出了相关方式中应采取的一些措施.结果表明,采用树枝状结构多模耦合器进行侧向泵浦及采用光纤光栅进行激光反馈是最佳方式.同时特别指出菲涅耳波带片耦合方式的潜在优势,并提出采用镀二色膜等厚球透镜作为双包层光纤激光器腔镜以避免直接端面泵浦对腔镜膜的损坏.
双包层光纤 光纤激光器 光纤激光理论 包层泵浦 光纤光栅
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,瞬态光学技术国家重点实验室,西安,710068
2 空军工程大学电讯工程学院,西安,710077
分析了医用3μm与2μm级联振荡Ho3+:ZBLAN光纤激光器的工作原理,首次给出了1.1μm带泵浦下级联振荡Ho3+:ZBLAN光纤激光器的动态及稳态速率方程,最后给出了级联振荡Ho3+:ZBLAN光纤激光器的初步设计.
钬光纤 双包层光纤 光纤激光器 红外激光 光纤激光理论
1 山东大学光学系, 济南 250100
2 瑞士伯尔尼大学应用物理研究所
本文描述了一个单频钕玻璃激光器,它采用脉冲透射式Q开关和腔反射镜选模技术,获得了脉宽5ns,能量0.5mJ的单模激光脉冲.同时测量了其输出激光的空间、时间和光谱特性,其实验结果与最佳耦合Q开关激光理论的预测值一致.
单频 脉冲透射式Q开系 最佳耦合Q开关激光理论
