窄线宽光纤激光器研究俞本立
光纤延迟线对激光器线宽测量的影响及修正
光纤延迟线对激光器线宽测量的影响及修正李舒然;林鹏;胡志凌;张爱玲【摘要】针对延迟线长度对拍频测量法的影响进行了理论分析,并找出了延迟线长度不同时测量线宽和激光本征线宽的关系模型.在此基础上对自制的窄线宽光纤激光器纵模线宽进行了测量.使用消除延迟线长度对线宽测量的影响的数据修正方法,得到的激光器的本征线宽为5.74 kHz.之后将实测数据分别与利用该方法得到的功率谱线型和标准洛伦兹线型进行比较,证明这种修正方法能够更准确的反映激光通过延迟线后的线型.%The lengths of the optical fiber delay line which influence the beat frequency measurement method are analyzed in this paper. A model of the relationship between power spectral linewidths and true linewidths were presented. On the basis a-nalysis, the longitudinal-mode linewidth of the self-made fiber laser with narrow linewidth is measured. Considering the influence of the length of the optical fiber delay line, the true linewidth is calculated to be 5.74 kHz. Compare the emulational power spectrum linetype with standard Lorentz linetype, and prove that this method can accurately depict the linetypes of laser beam through a delay line.【期刊名称】《天津理工大学学报》【年(卷),期】2012(028)003【总页数】4页(P27-29,45)【关键词】光纤激光器;拍频;线型;光纤延迟线【作者】李舒然;林鹏;胡志凌;张爱玲【作者单位】天津理工大学计算机与通信工程学院天津市薄膜电子与通信器件重点实验室,天津300384;天津理工大学计算机与通信工程学院天津市薄膜电子与通信器件重点实验室,天津300384;天津理工大学计算机与通信工程学院天津市薄膜电子与通信器件重点实验室,天津300384;天津理工大学计算机与通信工程学院天津市薄膜电子与通信器件重点实验室,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TN241窄线宽光纤激光器有着与光纤系统天然的兼容性、输出线宽窄和宽范围调谐等优点，被广泛应用[1-3].窄线宽激光器的输出线宽影响着激光器的相干长度，对其应用起着决定性的作用，因此对其线宽的测量显得尤为重要.激光器线宽的主要测量方法为拍频测量法，根据相拍的激光频率的异同，该方法又分为零差法[1，6]和互差法[2，4，5，7].拍频测量法要求相拍的两路光是非相干的，常用的做法是对其中一路光进行延时处理，只有当延时时间远大于激光的相干时间时，激光的测量线宽才接近于激光的本征线宽[5].若被测激光的线宽很窄，则需要上千公里的光纤延迟线.如文献[1]中光纤延迟线的长度为12 km，不足以消除两路光的相干性时，拍频测量法得到的功率谱线型会受到相干性调制[4]，此时激光的本征线宽要小于测量线宽，要得到激光器的本征线宽，需要对测量数据进行修正.本文讨论了光纤延迟线长度不同时，测量线宽和激光本征线宽的关系，给出了消除延迟线长度对线宽测量影响的数据修正方法，并对自制的窄线宽光纤激光器纵模线宽进行了测量，利用该方法对测量数据进行了修正.1 测量原理光纤激光器通常存在多个纵模.由于这些纵模是在同样的谐振条件下产生的，可假设其具有相同的线型，但相互之间存在一定的频率差，所以在测量激光纵模线宽时可以将不同纵模相拍，相当于互差测量法即两路线型相同、存在一定频率差的单频激光相拍.拍频测量法的实验光路如图1所示，被测激光通过50:50耦合器1分成两路，并将其中一路光通过光纤延迟线，然后两路激光通过50:50耦合器2耦合，经光电转换(光电探测器)，可在频谱分析仪上得到相拍后的光电流谱线.图1 拍频实验光路图Fig.1 Experimental setup of homodyne method假设被测激光器输出为多个纵模，每个纵模的相位抖动均呈高斯分布，则频谱分析仪得到的功率谱密度为[5].其中，τc为激光器纵模相干时间，ω为功率谱的角频率，△ω为激光器相邻纵模的角频率差，E0为输入光的振幅，τ为光纤延迟线的延迟时间.从(1)式可以看出，第一项中为洛伦兹线型表现为洛伦兹线型上叠加的周期性波动，该波动主要由该式中cosωτ项引起，其周期大小及其相对幅度大小都受相对延时时间τ/τc的影响，即当被测线宽一定时，光纤延迟线愈短，即τ愈小，波动幅度愈大;因此在光纤延迟线长度不够时，测得的激光线宽与激光本征线宽存在一定误差.反之，光纤延迟线愈长，即τ愈大，波动幅度愈小，当延迟时间变长至τ≥6τc 时，功率密度谱线上的附加波动将消失，这时功率谱线宽才能准确反映被测激光本征线宽[4].当光纤延迟线趋近于无限长时，其功率谱密度可以写成标准的洛伦兹线型:其中，Δν=1/2πτc为激光本征线宽，ν=ω/2π为被测激光功率谱的频率;根据(2)式计算可得功率谱线型的 x dB线宽为[7]则(1)式表示的功率谱的3 dB、10 dB、20 dB线宽分布为2Δν，6Δν 和20Δν，其比值为 1:3:10，测得的功率谱3 dB线宽为激光器本征线宽的2倍[7].由(1)式的分析可知，当光纤延迟线长度不够时，被测功率谱偏离洛伦兹线型.为了得到被测激光的本征线宽，根据式(1)描绘出使用不同长度延迟线时，所测得功率谱3 dB线宽Δν＇与激光本征线宽Δν的对应曲线如图2所示.图中曲线从上至下依次对应延迟线长度为10 km、15 km、25 km、35 km、45 km、55 km的情况，从图2中可以看出，随延迟线的增长曲线会趋近于直线Δν＇=2Δν，功率谱线宽趋于本征线宽的2倍.延迟线越短，功率谱线宽与标准洛伦兹线型线宽差距越大.例如，当光纤延迟线长度为15 km时，假设测得功率谱线宽为15 kHz，由图2可知其本征线宽约为5 kHz，若忽略光纤延迟线的影响，得到激光器的线宽为7.5 Hz.即，当延迟线不够长的时候将功率谱线型直接做为洛伦兹型处理将产生较大误差.图2 延迟线长度不同时功率谱线宽与本征线宽关系Fig.2 The relationship between power spectral line widths and true line widths2 实验结果及分析实验中我们对自制的光纤激光器的线宽进行了测量，测得的激光器拍频的功率谱如图3所示.在实验中分别对功率谱的3 dB、10 dB、20 dB线宽进行多次测量，所测实验数据如表1所示.图3 实测3dB数据Fig.3 Measured widths under 3 dB attenuation表1 实测3 dB、10 dB、20 dB线宽数据Tab.1 Measured width under 3，10 and 20 dB attenuation1 2 3 4 5 Average 3 dB 14 13 13.3 13.3 13.4 13.4 10 dB 33.3 35.2 33.9 34.8 34.3 34.3 20 dB 113 113 116 116 111 114实验中使用的光纤延迟线长度为25 km，根据图1中光纤延迟线长度为25 km时测量功率谱线宽与激光本征线宽的对应关系，得出被测激光本征线宽为5.74 kHz.即考虑到光纤延迟线的影响时，激光的纵模线宽修正为5.74 kHz.利用上文的仿真程序仿真出延迟线长度为25 km时，3 dB线宽为13.4 kHz的功率谱线，计算得到功率谱在10 dB处线宽为35.9 kHz，与实测10 dB线宽34.3 kHz相比误差率为4.6%.在20 dB处线宽为119.5 kHz，与实测20 dB线宽114 kHz相比误差率为4.8%.另外，如果直接将被测线型作为洛伦兹型来处理，3 dB 线宽为13.4 kHz时，其10 dB线宽为40.2 kHz，与实测数据相比误差率为17.2%，20 dB线宽为134 kHz，与实测数据相比误差率为17.5%，说明考虑光纤延迟线影响的修正方法能够更准确的反映激光通过延迟线后的线型，证明了修正方法得到的5.74 kHz更接近激光器的本征线宽.根据公式(1)，本实验模拟了光纤延迟线长度不同时，频谱仪输出的功率谱线，结果如图4所示.图4(a)(b)(c)分别描绘光纤延迟线长度为15 km、20 km、25 km 时功率谱线，并与延迟线无限长时的功率谱线进行了比较.可以明显看出延迟线长度较短时，频谱线型与延迟线无限长时的谱线即标准洛伦兹线型有明显的不同，如果将测量数据直接按洛伦兹型处理将产生较大误差.图4 通过不同长度延迟线后功率谱与延迟线长度无穷时功率谱的比较Fig.4 Comparison of different length of delay line power spectrum and infinite length of delay line power spectrum3 结论本文建立了延迟线长度不同时测量线宽和激光本征线宽的关系模型，通过分析得出了只有延迟线足够长的时候才可将功率谱线型直接做为洛伦兹型处理的结论.在此基础上对自制的窄线宽光纤激光器输出线宽进行了测量，得出了去除光纤延时时间影响的激光本征线宽.进而通过仿真程序得出了实测功率谱线型，并与标准洛伦兹型进行了比较，证明了该修正方法能够更准确的反映激光通过延迟线后的线型.该方法能够避免根据线型由测量值直接计算激光本征线宽所产生的误差，可以得出更为准确的激光本征线宽，提高了互差法测量法数据处理的准确性.参考文献:[1]俞本立，钱景仁，罗家童，等.线宽小于0.5 kHz稳态的单频光纤环形腔激光器[J].量子电子学报，2001，18(4):345-348.[2]欧攀，贾豫东，张春熹，等.窄线宽单频单偏振环行腔掺铒光纤激光器[J]，北京航空航天大学学报，2008，34(11):1258-1261.[3]Guttner A，Welling H，Gericke K H，et al.Fine structure of the field autocorrelation function of a laser in the threshold region[J].Physical Review A，1978，18(3):1157－1168.[4]俞本立，钱景仁.窄线宽激光的零拍测量法[J].中国激光，2001，28(4):351-354.[5]Richter L E，Mandelberg H I，Kruger M S，et al.Linewidth determination from self-heterodyne measurements with subcoherence delay times[J].IEEE Journal of Quantum Electronics，1986，22(11):2070-2074.[6]贾豫东，欧攀，杨远洪，等.短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽[J].北京航空航天大学学报，2008，34(5):568-571.[7]彭雪峰，马秀荣，张双根，等.两台独立激光器拍频线型对线宽测量的影响[J].中国激光，2011，38(4):1-5.。
用于量子传感的窄线宽无磁垂直腔面发射激光器
用于量子传感的窄线宽无磁垂直腔面发射激光器
张星;张建伟;周寅利;薛洪波;宁永强;王立军
【期刊名称】《中国光学(中英文)》
【年(卷),期】2022(15)5
【摘要】为了研制出表面微透镜集成外腔的垂直腔面发射激光器(VCSEL),实现窄线宽无磁激光输出,满足原子磁强计等量子传感器应用要求,本文设计并生长了适合于表面集成微透镜的VCSEL外延结构,完成了表面微透镜集成外腔VCSEL器件制备,在电极材料方面选取无磁材料以满足应用要求。
实验结果表明:研制的VCSEL器件工作温度达到90°C,激光波长为896.3 nm,功率为1.52 mW,边模抑制比为36.3 dB,激光线宽为38 MHz,封装为模组后的磁场强度低于0.03 nT。
结果表明本文研制的窄线宽无磁VCSEL满足量子传感的应用需求。
【总页数】7页(P1038-1044)
【作者】张星;张建伟;周寅利;薛洪波;宁永强;王立军
【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;长春中科长光时空光电技术有限公司;中国科学院国家空间科学中心
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.高功率InGaAs/GaAsP应变量子阱垂直腔面发射激光器列阵
2.1.3μm GaAsSb/GaAs单量子阱垂直腔面发射激光器的仿真研究
3.基于平行偏振光注入的
1550 nm波段垂直腔表面发射激光器获取窄线宽光子微波的理论和实验研究
∗4.795nm亚波长光栅耦合腔垂直腔面发射激光器的超窄线宽特性5.基于光电负反馈的光注入1550nm垂直腔面发射激光器产生窄线宽微波信号
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窄线宽可调谐半导体激光器
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 aiensisJun.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 ′$TFSR 这样计算出的输出激光线宽为$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):1383NARROW-LINE W AVELENGT H T U NABLESEM ICONDU CT OR L ASERL 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)ABSTRACTA 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。
窄线宽光纤激光器关键技术研究_高雪松
激 光 与 红 外 N o . 6 2006 高雪松 高春清 宋学勇等 窄线宽光纤激光器关键技术研 究
443
率为 12 . 34mW , 斜率效率为 11 . 2%。 其中理论模型 数值计算的结果比实验结果稍微偏大 , 这主要是由 于实验过程中附加损耗引起的 。
图 7 LD 输出激光功率与输入电流关系曲线 Fig. 7 pu m p ing ou tpu t pow er versu s input cu rren t
442
激 光 与 红 外 第 36 卷
2 . 2 环形腔结构 利用光纤定向耦合器构成各种环形行波腔结构 消除空间烧孔 。 常见结构有环形谐振腔 、Sagnac 环 形镜 、复合腔等 。 如图 2(a) 所示 , 连接耦合器 1、2 两臂构成环形 谐振腔 , 耦合器相当于反射镜 , 腔的精细度与耦合器 分束比有关 。 光波在腔内转一周后相位不变即得到 放大 。 连接将耦合器 2、4 两端构成 Sagnac 环 , 当耦合 器分束比在 0 . 5 附近时 , 其等效于一个 100%反射 器 , 泵浦光从一个端口输 入 , 沿两个 方向在环内传 播 , 又从同一个端口返回 , 又称为光纤环形镜 。 在 Sagnac 环中加入增益光纤和隔离器 , 使环中光波沿 单方向行 进 , 能 有效消 除空间 烧孔 , 如 图 2 (b ) 所 [ 1] 示 。 这种带隔离器的 Sagnac 结构等同于一个环 形器 。
图 2 环形结构 Fig. 2 circular cavity
2 . 3 布拉格光栅法 3+ 如图 3 所示 , Ba ll等人首次在 50cm 长的掺 Er 光纤两端 , 加上 1 . 25c m 长 、具有相同 布拉格波长 、 反射比 分别 为 72% 和 80%两 个 布拉 格 光 栅 , 用 980nmLD 泵浦得到与布拉格波长一致的 1548nm 单 [ 3] 频输出 , 线宽为 47kH z 。 理论分析得出提高反射 器的反射比可使主振荡模损耗最小 , 有效抑制跳模 的结论 。 在短腔结构光纤激光器中 , 如果腔长 5cm , 其小信号增益系数为 3dB / m , 要实现单频输出就需 要反射比为 98% 以上的布拉格光栅 。
微振动的高精度测量
微振动的高精度测量
俞本立;孟军
【期刊名称】《光电工程》
【年(卷),期】2006(33)1
【摘要】为了测量振幅小于1μm的微振动信号,在传统迈克尔逊干涉仪的基础上,提出了一种大光程差情况下的实时高精度测量系统.该系统使用单频窄线宽光纤激光器来减小长光程差下的相位噪声影响;用零差解调方法来抑制环境影响导致的相位漂移;双路平衡检测的使用将光源强度噪声降低16dB左右.当测量距离为10m 时,光源引起的相位噪声仅为5.28×10-6rad/Hz 1/2;但由于电路处理上的限制,实际可探测的最小灵敏度约为10-5rad/Hz1/2.当被测信号在100Hz～4kHz之间时,系统具有良好的线性响应度.
【总页数】4页(P120-122,136)
【作者】俞本立;孟军
【作者单位】安徽大学,信息材料与器件重点实验室,安徽,合肥,230039;安徽大学,信息材料与器件重点实验室,安徽,合肥,230039
【正文语种】中文
【中图分类】TG801
【相关文献】
1.用于微振动测量的高精度加速度传感器标定方法 [J], 马功泊;李栋;岳志勇;冯国松
2.高精度航天器微振动力学环境分析 [J], 张振华;杨雷;庞世伟
3.高精度电容式微振动传感器的设计与实现 [J], 彭泳卿;陈巍;陈青松
4.基于AD7779的高精度微振动采集系统 [J], 张晓明; 万育彰; 刘艳莉; 吕辰; 闫佳晖; 朱孟龙; 晁正正; 陈雷
5.单色器晶体角度微振动的高精度原位检测技术 [J], 樊奕辰; 李中亮; 徐中民; 张琦; 刘运; 王劼
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自注入锁定窄线宽微腔激光器结构
自注入锁定窄线宽微腔激光器结构自注入锁定窄线宽微腔激光器是一种用于产生高质量光束的微纳光学器件，具有窄线宽和高单模输出特性。
它在光通信、光谱分析、生物医学成像等领域有着广泛的应用。
本文将介绍自注入锁定窄线宽微腔激光器的结构和工作原理。
自注入锁定窄线宽微腔激光器的结构由以下几个主要组成部分构成：微腔、波导、波长选择器和反射镜。
下面将对每个组成部分进行详细介绍。
1. 微腔：微腔是自注入锁定窄线宽激光器的核心组件，它是一个高品质因子的光学腔，通常采用硅、硅氮化物或硅基材料制造。
微腔通过光学波导与外部光源相连，形成一种光学共振腔，使光在腔内多次反射，从而增强光与物质相互作用的效果。
2. 波导：波导是将外部光源引入微腔的光学结构，通常采用单模波导或多模波导。
它具有较低的传输损耗和较高的模式选择能力，能够将光有效地耦合到微腔中。
3. 波长选择器：波长选择器用于选择微腔中的特定模式，并将其反馈到微腔中。
它可以是一个光纤光栅、光栅耦合器或布拉格反射镜等。
波长选择器具有高反射率和窄带宽的特性，能够选择出微腔中的谐振模式，并将其限制在微腔内。
4. 反射镜：反射镜用于形成微腔的光学反射结构，通常由高反射率的多层膜堆积组成。
反射镜具有高反射率和低散射损耗，能够将光有效地限制在微腔内，形成谐振模式。
自注入锁定窄线宽微腔激光器的工作原理如下：1. 光注入：外部光源通过波导耦合到微腔中，形成谐振模式。
波导和微腔之间的耦合效率和位置对光注入的影响很大。
2. 自注入锁定：微腔中的光与波导耦合的光发生相互作用，部分光被波导反射回微腔内，形成自注入。
自注入过程会改变微腔的谐振模式，使其趋向于与波导输入光的频率匹配。
3. 窄线宽输出：自注入锁定后，微腔中的光将被限制在特定的谐振模式中，形成窄线宽的输出。
由于谐振腔的高品质因子，光在微腔内多次反射，增强了光的相位一致性和干涉效应，从而得到高质量的输出光束。
总结起来，自注入锁定窄线宽微腔激光器结构包括微腔、波导、波长选择器和反射镜。
基于注入式有源双环腔的高功率单频窄线宽光纤激光器
２ Ａｌ ｃ ａｔ ｅ ｌ － 一 Ｌｕｃ ｅ ｎｔ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｂｅ Ｃｏ． ，Ｌｉ ｄ． ， Ⅳ ，Ｊｉ ａｎｇｓ ｕ ２１ ００ ３７ Ｃｈ／ ｎａ
． ，
３ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｆＳ ｏ ｃ ｏｎ ｃ ｅ ． Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｉ ｎｇ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｎ 喇ｔ ｎ ｇ ． Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ０ ０ ３ ７ Ｃｈ ｉ ｎａ
调 谐 。利 用 多模 振 荡 半 经 典 理 论 模 型 分 析 了有 源 双 环 腔 内实 现单 频 激 光 输 出 的 物 理 过 程 ， 仿 真 结 果 与 实 验 结 果 一
致 。 该 光 纤 激 光器 在相 干 光 通 信 和 光 纤 传 感 领 域将 具有 广 阔 的应 用 前 景 。 关键词 激光器； 光 纤 激光 器； 有源双环腔； 单频； 窄线 宽
ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ３ ６ ｄ Ｂｍ， ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ 一 １ ｏ — ｎｏ ｉ ｓ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ（ Ｓ ＮＲ ）ｏ ｆ ４ ０ ｄ Ｂ
单纵模窄线宽光纤激光器的研究
光纤与电缆及其应用技术O pt ical F iber &Elect ric Cable2010年第5期No.5 2010产品设计单纵模窄线宽光纤激光器的研究田鹏飞, 孙欣欣(北京交通大学光波技术研究所,北京100044)[摘 要] 单纵模窄线宽光纤激光器已经在石油勘探、光纤传感器和海底通信等领域得到很好的应用。
目前可用于实现窄线宽输出的技术主要有使用基于光纤布拉格光栅(FBG)的线宽压缩结构、基于饱和吸收体的模式选择技术以及基于复合腔的激光器结构。
为此着眼于如何实现激光器的单纵模窄线宽输出,技术上主要研究应用于两大腔体结构的线宽压缩技术,并在此基础上提出改进方案。
[关键词] 光纤激光器;单纵模;窄线宽;谐振腔[中图分类号] T N 248;T N 253 [文献标识码] A [文章编号] 1006-1908(2010)05-0016-04Single Longitudina-l Mode and NarrowLinewidth Fiber LasersT IAN Peng -fei, SU N Xin -x in(Institute of Lightw av e Technology,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,C hina)Abstract:Sing le lo ng itudina-l mode (SL M )and narro w linew idth fiber lasers have been used in o il sur vey,fiber optic senso r and submarine communications successfully.N ow ada ys it can use fiber Bragg gr ating based mode -discr iminator ,saturable abso rber based mo de filters,and complex cav ity t o help impr ove the o ut put linew idth o f fiber laser.A iming at the implementation of single long itudina-l mode nar row linew idth o f laser,t he linew idth co mpr ession technique used for tw o cavit y structures are studied,and the impr ov ing solut ion is pro po sed on this basis.Key words:fiber laser ;sing le lo ng itudinal mode(SL M );narr ow linew idt h;resonato r[收稿日期] 2010-06-11[作者简介] 田鹏飞(1985-),男,内蒙古呼和浩特市人,北京交通大学电子信息工程学院硕士研究生.[作者地址] 北京市昌平区龙跃苑一区30号楼4单元302室,1022080 引 言光纤激光器具有结构简单,激射波长可以精确确定,耦合效率高,可以实现宽带调谐和窄线宽输出等特点[1-2]。
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激光二极管抽运的全固化单频固体激光器强度噪声在几个 kHz 到几个MHz 频率之间也存在弛豫振荡噪声，可以通过 光电负反馈的方法解决。
将此借鉴到光纤激光器中
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低噪声窄线宽光纤激光器结构
1、通过对光纤激光器光路的 改进,得到了光谱信噪比较高 的单频窄线宽激光输出;
输出激光单频特性测量
图3
图4
图3和图4分别为激光的主模及第一边模，可以看出边模抑制 比达50dB，因此证明该激光为很好单频激光
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低噪声窄线宽光纤激光器
研究背景
窄线宽光纤激光器的输出激光包含着明显的弛豫振荡峰,这使 得光纤激光器的低频范围内强度噪声较为明显,光纤激光器在 光传感和光通信领域的广泛应用迫切要求降低光纤激光器的 低频强度噪声。
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窄线宽光纤激光器的研究进展
2004年
Christine Spiegelberg等人在DBR型 光纤激光器的结构之上，首先利用一段 长度为2cm的铒镱共掺磷酸盐光纤作为 增益介质，实现了线宽小于1kHz ，功 率200mW的激光输出。
丹麦的NKT Photonics公司采用分布反馈 型（DFB）结构制作的窄线宽光纤激光 器实现了线宽小于1kHz，功率200mW 的激光输出
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窄线宽光纤激光器的研究进展
2001年
安徽大学采用环形腔结合饱和吸收 体的结构实现了线宽小于1kHz激光 输出，并在此基础上研制出了系列 窄线宽光纤光源
2006年
国防科技大学孟洲采用保偏掺 铒光纤作为饱和吸收体实现了 1.5kHz的线偏振激光输出
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安徽大学窄线宽光纤激光器的研究进展
➢ 2001年采用环形腔结构实现了线宽小于1kHz的激光输出； ➢ 2003年实现了波长可调谐窄线宽激光输出； ➢ 2005年实现了稳定的低噪声线偏振窄线宽激光输出； ➢ 2007年实现了稳定的线偏振调频窄线宽激光输出，并获国
家发明专利一项； ➢ 2008年实现了180mW线偏振调频窄线宽激光输出。
窄线宽光纤激光器研究
报告人： 俞本立
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光纤激光器
1、高功率光纤激光器 2、脉冲光纤激光器 3、窄线宽光纤激光器
……
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窄线宽激光器的应用领域
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窄线宽光纤激光器的研究进展
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输出激光特性测量
图1
图2
图1为激光零拍测量谱，激光由一个主模及一系列边模组成， 其间的小峰是由另一本征偏振态引发。
图2是激光线宽测量图，为了消除隔直电容的影响，采用了 数据拟合，可以看出激光输出线宽约为0.5kHz。
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1991年
Ball等人首次在长度为50cm的掺铒石英 光纤两端各写入一段光型光纤激光器获得线宽为47kHz的激光
1995年
M. Sejka等人采用相移光栅，实现 了线宽为13kHz的激光输出
D. N. Payne等人利用环形腔结构实现 了0.95kHz的激光输出
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窄线宽光纤激光器基本结构的比较
优点：结构简单
线形腔结构
缺点：调谐方法单一，调谐范围小
优点：调谐方法种类多样，调谐范围较大
环形腔结构
缺点：结构较为复杂
本实验室选择了环形腔激光器结构作为窄线宽光纤激光器的基本结构
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窄线宽光纤激光器的基本结构
线形腔
基本采用缩短谐振腔长 度以增大纵模间隔或消 除空间烧孔效应以实现 单频窄线宽输出
环形腔
基本采用窄带滤波的方法，由 于现有全光纤窄带滤波器带宽 仍然较宽很难实现单纵模输出， 目前常用的方法即利用一段未 泵浦有源光纤中形成的饱和吸 收体实现窄带滤波以得到窄线 宽输出
2、利用光电负反馈实现对激 光器弛豫振荡噪声的抑制
“低噪声光纤激光器的实验研究” 光学学报，2006
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低噪声窄线宽光纤激光器特性
光谱测试图
降噪前后强度噪声对比图
通过光谱测试图可以看出该种结构有效的抑制了ASE光，提高了光谱信 噪比，光谱信噪比大于62 dB。
采用光电负反馈电路后,光纤激光器的强度噪声有了很明显的改善,特别 是在弛豫振荡峰处强度噪声下降了约25 dB。
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线偏振调频窄线宽光纤激光器结构
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安徽大学窄线宽光纤激光器基本结构
环行器2脚连接的掺铒光 纤和光纤光栅是激光器 的关键器件，该段掺铒光 纤是一段未泵浦有源光纤， 其中形成的饱和吸收体 实现窄带滤波以得到窄 线宽输出
“线宽小于0.5kHz稳态的单频光纤环形腔激光器”，量子电子 学报，2001
窄线宽光纤激光器的研究进展
2008年
华南理工大学姜中宏，杨中民小组采用分布布拉格反射（DBR）结构和 自行研制的铒镱共掺光纤已实现了20kHz线宽激光输出
中科院半导体所的祝宁华小组布研制的布里渊掺铒光纤激光器实现了线 宽小于1.5kHz的激光输出
2010年
华南理工大学姜中宏，杨中民小组 采用分布布拉格反射（DBR）结构 和自行研制的铒镱共掺光纤已实现 了300mW功率，线宽小于2kHz的激 光输出 北京航空航天大学，成都电子科技大学等小组近几年来也开展了窄线宽光 纤激光器的研究并取得了一定研究成果
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窄线宽光纤激光器的研究进展
2006年
耿继宏等利用Spiegelberg小组的窄线宽光纤激光器作为布里渊光纤激光 器泵浦源并结合稳频技术，实现了线宽接近75Hz的激光输出
2009年
耿继宏等利用掺铥玻璃光纤， 采用分布布拉格反射型结构 （DBR），实现了2um波段线 宽小于3kHz的窄线宽激光输 出