1 中电科思仪科技股份有限公司，山东 青岛 266555
2 西安电子科技大学 电子工程学院，陕西 西安 710071
3 山东大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
4 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
具有宽调谐范围、无跳模以及高光谱纯净度的半导体激光器在超精细光谱、相干检测和光纤智能感知等领域有着重要的应用。但是受到半导体激光器固有运转特性的制约，通过传统的单片集成式半导体激光器难以获得高光谱纯净度的宽范围可调谐激光输出。因此文中采用闪耀光栅作为外腔反馈元件，单角面度半导体增益芯片作为增益介质，通过Littman-Metcalf外腔振荡结构实现了1480~1580 nm的宽调谐范围、无模式跳变的线宽小于98.27 kHz的激光输出，在注入电流为410 mA的条件下获得了16.95 dBm的峰值功率、全范围功率优于14.96 dBm和边模抑制比优于65.54 dB的输出。相应的实验结果表明：采用机械刻划闪耀光栅的Littman-Metcalf结构用于半导体激光器，可很大程度的改善半导体激光器的综合性能。该研究有利于推动其在提升光频域反射仪测量精度方向的应用。
无跳模 外腔 可调谐 半导体激光光源 窄线宽 mode-hopping free external-cavity tunable semiconductor laser source narrow linewidth 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230374
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
在离轴泵浦激光器中,离轴热透镜效应会引起激光器出现厄米-高斯(HG)模式的跳模现象,即随着泵浦功率升高,激光器先由单一的HG模式转变为混合模式,进而跳模到相邻的低阶HG模式。这是由离轴泵浦时离轴的热透镜使谐振腔光轴发生偏移,从而使有效的离轴量减小引起的。激光器所处的模式阶数越高,发生跳模对应的泵浦功率越低。实际中可以通过对离轴量增加一个修正量,使激光器重新恢复到跳模前的模式,泵浦功率越高,需要的修正量越大。实验产生了HG1,0~HG16,0 16个模式的高峰值功率脉冲光束,在10 kHz重复频率下,HG1,0光束的脉冲宽度为32 ns,峰值功率为4.1 kW;HG16,0光束的脉冲宽度为79 ns,峰值功率为0.7 kW。
激光器 固体激光器 厄米-高斯光束 离轴泵浦 跳模 热效应
1 中电科思仪科技股份有限公司, 青岛
2 电子测试技术重点实验室, 青岛
3 西安电子科技大学, 西安
外腔可调谐半导体激光器在光纤传感、冷原子物理和激光雷达等领域有着广泛的应用前景。为了得到大的无跳模调谐范围, 需要对激光器的腔长、光栅参数、各个元件的几何位置以及转动点的位置进行严格的设计。通过构建 Littman型可调谐激光源无跳模纵向允许误差范围的数学模型, 深入分析了转轴点到压电陶瓷电机运动轴线的距离、转轴点到闪耀光栅衍射点的距离、光栅安装角度和光栅刻线密度对无跳模纵向允许误差范围的影响。分析结果表明, 合理选择各个参数可有效避免激光输出光束的跳模。
可调谐半导体激光器 无跳模 误差分析 转轴点 tunable semiconductor laser Littman Littman mode-hopping free error analysis pivot point
1 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国民用航空飞行学院, 四川 德阳 618300
为了消除激光跳模对调频连续波激光测距的影响, 提出了一种基于重采样信号相位拼接的跳模影响消除方法。该方法利用重采样信号相位展开求导的结果来定位激光跳模发生的时间, 并对重采样信号跳模处两端的峰值进行相位拼接来去除跳模段的重采样信号。通过对相位拼接后的重采样信号进行Chirp-Z变换可以得到不受激光跳模影响的目标距离谱。系统对光程约为21.16m的延时光纤进行多次测量, 实验效果证明此方法可以消除调频激光跳模对距离测量的影响, 并实现了12μm的测距标准差。
调频连续波激光雷达 激光跳模 相位拼接 测距 FMCW lidar laser mode hopping phase splicing ranging
1 国防科技创新研究院, 北京 100071
2 国防科技大学气象海洋学院, 湖南 长沙 410073
跳模会导致单波长光纤环形激光器相干性有不同程度的退化,严重影响光学系统的性能。设计一种基于匹配干涉仪的相干坍塌抑制方案,分析抑制机理。并分别搭建臂差可调的空间光匹配干涉仪(SLMI)和全光纤结构匹配干涉仪(AFMI),通过实验对抑制效果进行方案验证。结果表明:当SLMI的等效臂差不断逼近理论值时,可监测到多模匹配干涉现象,该现象等效于单纵模激光干涉,从而实现相干坍塌抑制;AFMI结构紧凑,便于嵌入光纤相干探测系统中,能有效抑制随机跳模引入的相干坍塌和相位噪声谱级的大幅上升,降低系统虚警概率。作为一种被动手段,匹配干涉仪对抑制或规避模式失稳引起的相干坍塌具有指导意义。
激光技术 光纤环形激光器 跳模 相干坍塌 匹配干涉
1 国防科技大学海洋科学与工程研究院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
检测光纤环形激光器输出模式的动态特性是实验与工程应用的难题之一。在不同抽运强度以及长时间运转条件下,激光器会输出复杂的模式动态现象。受限于实验手段，目前的实时测量系统局限于仅获取激光器的输出强度信息而无法准确获取更多的模式动态特性。基于这一点，报道了采用光学外差的测量方法，搭建相应的实验装置测得待测光纤环形激光器与参考光源的拍频信号。实验中可实时获取包括跳模以及频率漂移在内的模式动态时频瀑布图，并提取各模式强度的时间序列，进而能够检测光纤环形激光器输出模式动态特性以及分析模式光强，为控制光纤环形激光器输出以及探究其内在频率动力学特性提供重要的测量手段。
激光器 光学外差 光纤环形激光器 跳模检测 频率动态 中国激光
2015, 42(s1): s102003
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 西安北方捷瑞光电科技有限公司, 陕西 西安 710111
针对全反射棱镜式激光陀螺在跳模前后性能下降的现象，系统地研究了全反射棱镜式激光陀螺稳频特性。在对小抖动调制下光强调谐特性和稳频伺服部件理论分析的基础上，建立了全反射棱镜式激光陀螺稳频系统数学模型。给出了稳频精度与加热器电压和环境温升的一般关系及最佳跳模门限的理论计算公式。分析结果表明，环境温升速率的增大和加热器电压的降低会导致稳频性能下降，最佳跳模门限随环境温度的升高而增大，在全温范围内固定跳模门限会导致跳模后稳频性能衰减。采用变增益Ⅱ型系统稳频与最佳跳模门限设置，可以有效消除在跳模前后陀螺性能下降的现象，陀螺精度相应提高了40%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。
激光光学 棱镜式激光陀螺 稳频 跳模 功率调谐曲线
北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心, 光电测试技术北京市重点实验室, 北京 100192
为给密集波分复用(DWDM)光纤通信及光纤传感系统提供理想光源, 设计了一种双波长环形腔掺铒光纤激光器。该激光器采用单支光纤光栅(FBG)和2个3dB耦合器构成可调谐光滤波器, 结合多模光纤的偏振烧孔效应, 通过改变系统的偏振态来获得波长可调谐的双波长激光输出。实验结果表明: 改变系统的偏振态时, 可分别获得单波长和双波长激光输出, 双波长光纤激光器的最大波长差为4.692nm。引入多模光纤后, 激光跳模现象得到明显抑制。
双波长 偏振烧孔 多模光纤 光纤光栅 跳模 dual-wavelength polarization hole burning multi-mode fiber fiber Bragg grating mode hopping
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
构建了一种基于Littman-Metcalf 结构的外腔半导体激光器。该激光器采用基于星形柔性铰链转动机制的紧凑型设计，并利用有限元分析的方法对其机械结构进行了分析及设计，转动臂实现了高达3.7 kHz的基模共振频率。根据无跳模调谐条件对外腔设计进行了优化，提高了激光器的性能。该激光器为单纵模运转，工作波长约为780 nm，无跳模调谐范围大于等于80 GHz，且在无重新装调情况下可稳定工作一年以上，表明激光器具有良好的可靠性。同时该激光器可锁定在87Rb(F=2→F′=2,3) 吸收峰上，持续时间超过24 h，其线宽为200 kHz，温度稳定度为35 MHz/℃，且稳频激光器的Allen方差在测量时间为3 s时可达到3.5×10 -11，24 h内光功率波动小于0.75%，具有较高的稳定性。
激光器 激光技术 外腔半导体激光器 大范围无跳模调谐 稳频 中国激光
2013, 40(11): 1102012
