窄线宽可调谐半导体激光器
tdlas 可调谐半导体激光器吸收光谱学

tdlas 可调谐半导体激光器吸收光谱学
TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱学)是一种利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性,实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量的技术。
其原理是可调谐半导体激光器在驱动电流的调制下,发射出特定波长的激光,随着注入周期性电流的调制,激光波长产生周期性变化,使激光中心波长调节到待测气体的吸收谱线,发生选择性吸收,再利用经过气体吸收得到的光谱强度信号反演出待测气体的浓度。
TDLAS具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点,因此被广泛应用于气体分析、环境监测、化学和生物医学等领域。
超窄线宽DFB激光器

D. 技术指标
参数指标 工作波长(ITU间隔) 输出功率
功率稳定性
光谱线宽 波长稳定性 边模抑制比(SMSR) 输出端隔离度 工作温度 存储温度 相对湿度 电源功耗 外形尺寸 电源 电气接口 光纤类型 接头类型
符号 λC Po PSS PSL BW λS
SMSR ISO TOP TS RH PS
L×W×H
如果有特殊需求可随时与我们联系,为您定制设计、加工个性化产品。 技术支持信箱:support@
B. 产品特点
外腔式(ECL)式半导体激光器 超窄线宽(典型值 30KHz) 光纤光栅稳频 高功率输出 单模尾纤输出 优异的光功率稳定性与波长稳定性 结构尺寸紧凑
C. 应用领域
光纤激光器 相干光通讯 光纤传感系统
F. 封装尺寸
CAUTION LASER RADIATION DO NOT STARE INTO BEAM OR
VIEW DIRECTLY WITH
OPTICAL INSTRUMENTS
ESD Protection The laser diodes and photodiodes in the module can be easily destroyed by electrostatic discharge. Use wrist straps, grounded work surfaces, and anti-static techniques when operating this module. When not in use, the module shall be kept in a static-free environment.
Product specifications and descriptions in this document subject to change without notice. Copyright to COSC Optical Sense and Communication Technology Co., Ltd. June 2008.
硅光子芯片外腔窄线宽半导体激光器

2.1 基本结构 SPCSL主要由两部分组成,包括半导体增益
芯片或反射式半导体光放大器(SOA)和 SPC外 腔谐 振 器,二 者 通 过 模 斑 转 换 器 (SSC)高 效 耦 合 实现准单片集成。通常增加谐振腔长度可以有效 压窄线宽,但是这将导致纵模激射数量增多,纵模 间增益差减小,多模振动变得显著,使获得稳定单 模振荡和极窄光谱线宽变得困难。在 SPCSL激 光器中,通 常 选 择 高 Q 值 因 子 的 微 环 谐 振 器 (MRR)作为选频和锁模元件,因为 MRR具有较
Δλ
=λ2 c
FSRring1·FSRring2 FSRring1 +FSRring2
,
(1)
其中,c为 真 空 中 的 光 速,λ为 波 长,FSRring1和 FSRring2分别为两 MRR的自 由 光 谱 范 围,由 公 式 (2)给出:
波长的调谐主要利用游标效应和波导材料的 热光效应来实现。热光效应即材料的有效折射率 随着温度的改变而改变,折射率的改变进而引起 光场的变化[19]。因此,可通过在微环上放置热电 极来改变材料的温度,并控制热电极的电流来改 变波导折射率,使 MRR透射光谱与纵模发生偏 移,进行波长调谐。但由于热光调谐的热积累和 消散需要一定的时间,所以高速调制仍是需要解 决的问题。图 2(a)给出了集成 MRR和环形镜 (LR)的 SPC外腔结构,图 2(b)和 2(c)表示波长 选择和波 长 调 谐 原 理,其 波 长 调 谐 范 围 Δλ与 MRR的自由光谱范围相关,可用公式(1)表示为:
目前,窄线宽半导体激光器的研究方案众多, 包括基于衍射光栅、标准具等分立元件的外腔结 构、集成取样光栅或表面光栅的单片集成结构以 及硅基 光 子 芯 片 (SPC)外 腔 的 准 单 片 集 成 结 构[614]。尽管分布反馈(DFB)和分布布拉格反射 (DBR)式单片集成激光器具有集成度高、结构紧 凑和功耗低等优点,但其线宽严重受限于谐振腔 长度及损耗等因素[15];衍射光栅外腔激光器虽然 线宽性能优异、调谐范围广,但其体积较大、封装
基于降温技术的宽范围外腔光栅可调谐半导体激光器

入功率几十毫瓦时, 出功率可以达到瓦级 以上 ; 输 但 是在波长方面 , 通常商用的激光二极管都 限制在某
一
个 波段 范 围内 。在 冷原 子物 理 和激 光 光谱 学研 究
中, 要求激光器的波长位于原子的某一条跃迁线 附
如图 1 中的实线所示 。另一方面 , 尽管商用半 近或者与原子的跃迁线共振 , 如研究最 多的。 b 原 波长 , R 但 子, 其用于冷却和俘获的跃迁线是在 70nl 8 n 附近的 导 体激光 器在 自由运 转 时 能够 保 证 单 模 运 转 , 激 R 原子 D 线 。商用激光二极管的波长与原子的跃 光 器 的线 宽 比较宽 。为了压 窄输 出激 光 的线 宽和 降 b 精确 地 调谐 输 出激 光 的波 长 , 通 迁 线通 常都 有一定 的差别 , 当差 别较 小 时 , 我们 可 以 低输 出激 光 的噪声 ,
维普资讯
量子光学学报 l ( ) 6— 0,07 3 1 :5 6 2 0
A t ii unu O ta c Sn aQ atm pi a c c
文 章编 号 :10 464 2 0 ) 105 -5 0 755 ( 07 0 -0 60
基 于 降温 技 术 的宽 范 围外腔 光栅 可调 谐 半 导体 激 光 器
l 实验原理
我们 知道 , 半导 体激 光 器 的增 益 曲线范 围很 宽 , 通 常有 几 十个纳 米 , 而且 增 益 曲线 会 随 着 温 度 的变 化 而发 生移 动 , 当温度 降低 时 , 益 曲线 向波 长减 小 增 的方 向移动 , 出激 光 的波 长 减 小 。 因此 可 以通 过 输 改变激 光 二极管 的工 作温 度来 改变 输 出激光 的 中心
十 讯 联 系人 :E—m i j ag4 yh ocr, zag4 SU eu c 通 a : z n7 @ ao.o jhn7 @ X .d .n l h n
846nm半导体激光器线宽压窄的研究

文章编号 :6 30 9 (0 7 0 —0 20 17 —2 12 0 )60 4 —4
8 6a 半 导体 激 光 器 线 宽压 窄 的研 究 4 m
苏 展 何 世 均 , ,沈 乃潋 2 于 ,
3北 京大学 信息科学技术学院 , . 北京 10 8 ) 0 0 1
3
(. 1河南 省 自动化工程 技术研究 中心 , 郑州 4 0 0 ; . 5 0 8 2 中国科学院物理研究所 , 北京 10 8 ; 00 0
( . nnA tm t nE gneigadT c nlg eerhC ne, hnzo 5 0 8 h a 1Hea uo ai nier n eh ooyR sac e tr Z eghu4 0 0 ,C i ; o n n
2 I s t t o h s s hn s A a e y o c n e , e ig1 0 8 , hn ; .n t ue f yi iee cd m f i c s B in 0 0 0 C ia i P cC Se j
3 Sho o l t n sE g er ga dC m ue c ne eigU i r t, e i 0 0 1 C ia .c ol f e r i n i ei n o p tr i c,P k nv s y B in 10 8 , h ) E coc n n S : sn l a r w i e wi h t a l x e n lc v t e d a k s mio u t ru e n f e u n y ta t A i g e n ro ln dt un be e t r a a iy f e b c e c nd c o s d i r q e c d u ln u i hti r p s d.I s c n tu td wih ls rb s ,ls rt b o b i g bl elg s p o o e ti o s r c e t a e a e a e u e,c li ton s s e olma i y t m,a d n o tc lg a i g.Vi h u r nta d t mp r t r e iec nto ,I ssl c e h d fs mio u — p ia r tn a t ec r e n e e a u eprc s o r l ti ee t d t e mo eo e c nd c t rls ru e n t e fe b c fg a i g.Th tu t e o xt r a a iy ma st e s e ta i e wi t o a e s d i h e d a k o r tn e sr c ur fe e n c v t ke h p c r lln d h l o u p tl tt e n r o d.Thu i l o g t d n lmo e a r w p c r lln dt nd sa l fo t u i o b a r we gh sasnge l n iu i a d ,n ro s e ta i e wi h a t b e fe u n y e t r a a iy s mio d c o a e sr aie r q e c x e n c v t e c n u t rls ri e lz d,a d iss e t a i ewi t sc mpr s e o b l n t p c r lln d h i o e s d t e l s h n 1 Hz. e st a M Ke r s:a e e hn lg y wo d l rt c oo y;e t r a a iy s mio d c o a e ;e e na a iy o tc lg a i e d s x e n lc vt e c n u t r ls r xtr l c v t p ia r tng f e — ba k;sn l o g t di a d c i g e l n iu n lmo e;n ro ln d h a r w i e wi t
半导体激光器实验

课题半导体激光器实验1.了解半导体激光器的基本工作原理,掌握其使用方法;教学目的 2.掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调节;3.学会测量半导体激光器的输出特性和光谱特性。
重难点 1.激光器与光具组的共轴调节;2.输出特性的测量方法。
教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。
学时 3个学时一、前言光电子器件和技术是当今和未来高技术的基础,引起世界各国的极大关注。
其中半导体激光器的生产和应用发展特别迅猛,它已经成功地用于光通讯和光学唱片系统;还可以作为红外高分辨率光谱仪光源,用于大气测污和同位素分离等;同时半导体激光器可以成为雷达,测距,全息照相和再现、射击模拟器、红外夜视仪、报警器等的光源。
半导体激光器,调频器,放大器集成在一起的集成光路将进一步促进光通讯,光计算机的发展。
二、实验原理1.半导体激光器的工作原理激光器一般包括三个部分。
(1 )激光工作介质激光的产生必须选择合适的工作介质,可以是气体、液体、固体或半导体。
在这种介质中可以实现粒子数反转,以制造获得激光的必要条件。
显然亚稳态能级的存在,对实现粒子数反转是非常有利的。
现有工作介质近千种,可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外,非常广泛。
(2)激励源为了使工作介质中出现粒子数反转,必须用一定的方法去激励原子体系,使处于上能级的粒子数增加。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子,称为电激励;也可用脉冲光源来照射工作介质,称为光激励;还有热激励、化学激励等。
各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。
为了不断得到激光输出,必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
(3) 谐振腔有了合适的工作物质和激励源后,可实现粒子数反转,但这样产生的受激辐射强度很弱,无法实际应用。
于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。
所谓光学谐振腔,实际是在激光器两端,面对面装上两块反射率很高的镜。
一块几乎全反射,一块大部分反射、少量透射出去,以使激光可透过这块镜子而射出。
用于相干光通信的可调谐激光器的研究

用于相干光通信的可调谐激光器的研究胡胜磊;傅焰峰;张璋;姚波;张玓;钱坤;唐毅【摘要】针对相干光通信系统时窄线宽可调谐激光器的要求,提出并实际研制了一种基于MEMS(微电子机械系统)技术的外腔可调谐激光器,分析了外腔参数对激光器性能的影响.该激光器尺寸符合光互联论坛关于ITLA(集成可调谐激光器组件)的标准01.2,调谐范围覆盖C波段内40 nm,输出功率>13 dBm,光谱线宽<100 kHz.为进一步验证器件的性能,使用该激光器作为本振光源,验证了它在基于PM-DQPSK(偏振复用—四相相移键控)的100 Gbit/s传输系统中的性能,实验结果表明,该激光器可作为高速相干光通信系统中窄线宽可调谐光源的理想选择.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】3页(P43-45)【关键词】外腔半导体激光器;集成可调谐激光器组件;微电子机械系统;线宽;相干光通信【作者】胡胜磊;傅焰峰;张璋;姚波;张玓;钱坤;唐毅【作者单位】武汉光迅科技股份有限公司,湖北武汉430205【正文语种】中文【中图分类】TN2480 引言相干探测技术的兴起使得光通信系统在传输速率、传输容量和传输距离等方面不断创造着新的记录。
在相干光通信系统中,一般采用载波相位来携带传输的比特信息,因此具有低相位噪声(或者线宽)的可调激光器是相干光通信系统的理想光源[1]。
作为可调谐激光器的重要一类,外腔可调谐激光器一般采用增益芯片与微光学滤波器混合集成的方式,这类激光器能够轻松实现大的调谐范围(>40 nm)和极窄的光谱线宽(<100 kHz)[2-4],能够满足高速相干光通信系统中光源特别是LO(本振)光源对线宽的要求。
以往的外腔可调谐激光器主要有基于体光栅技术的Littman-Metcalf或Littrow型,这类激光器采用机械转动的方式来驱动光栅或者反射镜,主要用于科研测试仪器,虽然性能优异,但其尺寸远大于OIF(光互联论坛)规定的用于相干光收发模块中ITLA(集成可调谐激光器模块)的要求。
通信工程专业简介_通信工程专业介绍

通信工程专业简介_通信工程专业介绍学科特点在新的时期,更涌现出一大批优秀的专家学者。
例如西安电子科技大学李建东教授,是中国宽带无线自组李建东织网络方向的主要学术带头人,主持了制定了震惊世界的WAPI无线网络安全标准,清华大学的周炳馄院士,在国内首先开展了“晶体纤维生长与晶体光纤器件研究”。
其“窄线宽可调谐半导体激光器及相关技术”通过七项成果鉴定,线宽、频稳度和调谐范围达国际先进水平,为发展相干光通信作出了重要贡献。
在“光纤高温传感器”、光纤环形腔的细度及环形激光器研究中达到国际先进水平。
另外,陆大教授在信号与信息处理方面;冯重熙教授在数字通信、语音信号处理及数字复接方面;姚彦教授在信号检测估计和识别及其在电子系统中的应用高速实时信息处理及系统领域;曹志刚教授在数字调制、编码及卫星通信、语音增强及数字信号处理技术上;林行刚教授在智能化图文信息处理与识别、图像压缩与多媒体数据、多媒体通信及其终端技术等领域都有突出的贡献。
这些专家、教授为中国现代化通信事业向21世纪胜利进军铺平了道路。
通信工程专业有哪些课程电路分析基础、模拟电子技术、通信电子电路、数字电子技术、C++高级语言程序设计、数据结构、微处理器与接口技术、信号与系统、随机信号分析、数字信号处理、通信原理、电磁场与电磁波、通信网理论基础、现代通信技术等。
通信工程专业毕业后就业方向通信工程专业学生毕业后可研究、设计、制造、运营及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备的工作。
大部分毕业生热衷于通信企业,如华为、中兴、但是还是那句话这些企业要的一般都是研究生或名校。
从事行业:通信工程专业毕业后主要在通信、新能源、计算机软件等行业工作,大致如下:1 通信/电信/网络设备2 新能源3 计算机软件4 通信/电信运营、增值服务5 电子技术/半导体/集成电路6 互联网/电子商务7 计算机服务(系统、数据服务、维修)8 其他行业从事岗位:通信工程专业毕业后主要从事通信工程师、硬件工程师、项目经理等工作,大致如下:1 通信工程师2 硬件工程师3 项目经理4 网络工程师5 无线通信工程师6 技术支持工程师7 嵌入式软件工程师8 射频工程师工作城市:通信工程专业就业前景怎么样21世纪以来,通信技术正在飞速发展中,将向着数字化、宽带化、智能化、个人化的综合业务数字网技术方向发展。
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第32卷 第2期
南开大学学报(自然科学)
V ol.32 №21999年6月A cta Scientiar um N atur alium U niv er sitatis N ank aiensis
Jun.1999窄线宽可调谐半导体激光器
*a 吕福云 刘玉洁 袁树忠 魏振兴 李 加 张光寅
(南开大学物理科学学院,天津,300071)(教育部光学信息技术科学开放研究实验室,天津,300071)
摘 要
研究了一种利用光栅弱耦合外腔改善可见光半导体激光器性能的方法,并对650nm 半导体激光器进行了实验,外腔镜由一个闪耀光栅构成,通过转动光栅角度,获得了窄线宽单模激光输出,谱线宽度0.1pm,线宽压窄比达9800,边模抑制比>20,并且在约20nm 的荧光谱宽基础上得到约5nm 波长的连续调谐范围.
关键词:弱耦合;可调谐半导体激光器;窄线宽
0 引 言
目前普遍采用内腔和外腔两类调谐技术.而外腔调谐是较为广泛采用的一种方法,它在现有普通半导体激光器的基础上,通过外腔选模压窄线宽,得到较好的输出特性,且具有灵活可行和调谐效果好的特点.以前国内外外腔调谐的研究大多集中在光纤通信窗口,即研究1350~1560nm 附近的波长调谐技术,且获得了较理想的结果[1,2]
.本文把外腔调谐技术推广到研究可见光波段的半导体激光器,实验中采用了650nm 的半导体激光器,它在原子吸收监测系统及喇曼谱仪等技术中具有很强的应用背景
.
图1 半导体激光器外腔调谐示意图
Fig 1Scheme of the external -cavity semiconductor laser 常见外腔调谐技术包括两种方式,即强耦合和
弱耦合方式.前者指通过对半导体激光器出光端面
镀增透(AR)膜等手段,使得外腔镜的反射率大于出
光端面的反射率,从而使外腔反馈占主要地位;后者
则不对激光器出光端面镀增透膜,使内腔反馈仍占
较为主要的地位.两种情况都能有效地压窄激光线
宽,而强耦合情形的调谐范围更大,弱耦合情形则更
为灵活方便.1 实验装置和调谐原理
外腔调谐的装置结构如图1所示.半导体激光器
的输出光经透镜组准直后获得水平的平行光,入射到光栅外腔上,经光栅分光,将一级衍射反馈回激光
器有源区,与有源区内光场相互作用,造成各纵模间的增益差,增益较大,满足激光激发条件的纵模起振激发,而增益较小的模式就被损耗掉.通过改变光栅外腔反馈光的波长,就可获得不同波长的激光输出,从而实现波长调谐.此外,由于半导体激光器的谱线宽度满足[3]a 收稿日期:1998-10-05
*攀登计划B 项目
$M c =12P S c =12P (l /ac )
其中,l 是激光器腔长.从上式可见,腔长是影响激光线宽的关键因素之一.加外腔相当于较大幅度地增加外腔长度,所以能有效地压窄线宽.而且,外腔反馈加强了受激辐射,抑制自发辐射,这也是压窄激光线宽的一个原因.光栅的零级衍射作为外腔激光输出.可用功率计测量输出激光强度,用光谱仪测量其光谱特性和波长,激光线宽由扫描干涉仪进行测量.
实验中,光源选用650nm 的半导体激光器,谱线宽度约为0.98nm,输出功率约为5mW ,荧光谱宽约为20nm.未镀增透膜,因而构成弱耦合外腔系统.外腔镜选用一个闪耀光栅,提供外腔光反馈,通过转动光栅角度还能实现波长选择.
2 实验结果
实验中用Spectr al-Physics 公司的470-03型共焦扫描干涉仪测量外腔激光的输出线宽.该扫描干涉仪的自由光谱区(FSR)宽度为2GHz,仪器带宽10MHz.图2是外腔长度为16.4cm 时的测量结果.这时扫描干涉仪所加的锯齿波电压为10V,可对输出激光扫描两个级次,对应于图2(a)中的两个峰.两峰之间的距离$T 对应扫描干涉仪的自由光谱区,即2GHz.如图2(b)所示,将其中一个峰进行展宽,可以看出,此时的激光光谱很纯,处于明显的单模运转状态.从该图可较为准确地测量出半强宽$T ′,与$T 进行比较,可计算出激光线宽
.
(a)一个扫描周期内两个纵模 (b)改变扫描电压后为一个纵模
tw o longitudinal modes in o ne period one mode w hile chang ing the scanning v oltag e
图2 线宽测量结果
Fig 2 Measurement result of the linewidth
$M =$T ′$T
FSR 这样计算出的输出激光线宽为$M =71MHz,对应的光谱宽度为
$K =K M
$M 约为0.1pm,而未加外腔时的光谱宽度$K 0≈0.98nm ,所以已经有效地压窄了激光线宽,线宽压窄比为
D =$K 0$K
≈9800光谱仪的测量结果表明输出激光具有良好的光谱特性.实验采用了Anritsu 公司的M S9001B/B1型光谱分析仪.图3(b)给出在中心波长附近的光谱测量结果,图3(a)为未加外腔时该半导体激光器的输出光谱.没加外腔时,光谱特性很差,表现为多模振荡,而每个模式的功率都不大,存在严重的模式竞争,导致波长不稳定,谱线宽度很大.与之相比,加上外腔后,处于单模运转状态,波长稳定,边模抑制比也很理想,・80・
南开大学学报(自然科学版)第32卷
光谱特性大为改善,且单个模式的功率增大,说明大部分能量已集中分配到一个纵模上.
转动光栅角度,可得到不同波长的激光输出.用光谱仪测得波长连续可调谐范围约为5.28nm ,中心波长在659nm 附近.在该范围内均可得到光谱特性良好的激光输出
.
(a)L D 发射光谱特性 (b)外腔激光器的光谱特性
spectrum o f LD spectr um of ex ter nal-cavit y laser
图3 中心波长附近的光谱特性
Fig 3 Spectrum of external -cavity laser near the center wavelength
参考文献
1 K o hr oh K o bay ashi ,I kuo M ito .Sing le frequency and tunable la ser diode .J Lightw av e T echnol ,1988,6(11):1623 2 李天培.光纤通信用波长调谐和单频激光管.光通信研究,1990,53(1):1
3 陈徐宗,姚继良,李义民等.用于高分辨率光谱研究的窄线宽半导体激光器及其特性研究.光学学报,1996,16(10):
1383
NARROW-LINE W AVELENGT H T U NABLE
SEM ICONDU CT OR L ASER
L Fuyun,Liu Yujie,Yuan Shuzhong,Wei Zhenx ing ,Li Jia,Zhang Guang yin
(D ep ar tment of Phy sics ,N ankai U niv er sity ,T ianj in ,300071)
(Op tical I nf ormation S cience L aboratory ,SE C ,T ianj in ,300071)
ABSTRACT
A method using a w eak -feedback g rating ex ter nal cavity for improv e the output characteristics of visible lig ht semico nductor laser is studied and pr oved to be practical.T his ex periment is conducted on 650nm semico ndutor laser.A blazed grating is used as the external cavity mirr or to narr ow the linew idth and select frequency .T hro ug h turning the g rating ,laser o utput w ith single longitudinal mode and linew idth as nar row as 0.1pm is obtained.The linew idth r eductio n ratio is 9800.The tuning r ange is 5nm out of 20nm fluo rescent spectrum appr oxim ately ,and the side mo de suppression ratio is ideal .Key words :wea k -feedback coupling ;tunable semico nductor la ser s ;nar ro w linew idth ・81・ 第2期吕福云等:窄线宽可调谐半导体激光器。