（光学专业论文）紧凑可调谐光子源的研究.pdf

南开大学硕士学位论文紧凑可调谐光子源的研究 abs t ract l a s e r s a n d l a s e r t e c h n i q u e a r e w i d e l y u s e d i n s c i e n c e , t e c h n o l o g y , e c o n o m y a n d m i l i t a r y a f f a i r s . t h e d e v e l o p m e n t o f l a s e r s i s t r e n d i n g t o s o l i d i f i c a t i o n a n d m i n i a t u r i z a t i o n t o f i t f o r t h e d e m a n d i n g o f a l l t h e s e a p p l i c a t i o n s . c o m p a c t p h o t o n s o u r c e s w i t h s m a l l s i z e , l ig h t w e i g h t , h i g h e f f i c i e n c y a n d h i g h q u a l i t y a t t r a c t m o r e a n d m o r e a tt e n t i o n . f o c u s e d o n c o m p a c t t u n a b l e p h o t o n s o u r c e s , t h i s t h e s i s m a i n l y d e s c r i b e s t h e t h e o r e t i c a l a n d e x p e r i m e n t a l w o r k o n e x t e rn a l - c a v i t y s e m i c o n d u c t o r l a s e r s , t u n a b l e d o u b l e - c l a d d i n g f i b e r l a s e r s a n d t u n a b l e q - s w i t c h e d d o u b l e - c l a d d i n g f i b e r l a s e r s . f o l lo w s a r e t h e m a i n p o i n t s : 1 . t h e w o r k i n g m e c h a n i s m a n d o u t p u t p r o p e rt i e s o f s e m ic o n d u c t o r l a s e r s w e r e i n t r o d u c e d , a n d th e n l i t t r o w , l i tt m a n a n d d o u b l e g r a t i n g s e t - u p s o f e x t e r n a l - c a v i t y t u n a b l e s e m i c o n d u c t o r l a s e r s w e r e t h e o r e t i c a l l y a n a l y z e d . 2 . a l i tt r o w s e t - u p o f 8 0 0 n m - b a n d e x t e rna l - c a v i t y - s e m i c o n d u c t o r l a s e r w a s c a r r i e d o u t . a t w e a k c o u p l i n g s i t u a t i o n . s t a b l e l a s e r o u t p u t w i t h t u n i n g r a n g e o v e r 1 4 n m a n d l i n e w i d t h l e s s t h a n 0 . l n m w a s o b t a i n e d . o n t h e b a s e o f t h e e x p e r i m e n t . a l i g h t s o u r c e m o d e l f o r r a m a n s p e c t r u m . a n e x t e rna l - c a v i t y s e m i c o n d u c t o r l a s e r w i t h s t a b l e o u t p u t w a v e l e n g t h o f 7 9 3 n m , o u t p u t p o w e r o f 2 4 6 m w a n d li n e w i d t h o f 0 . l 4 n n t , w a s a c c o m p l i s h e d 3 . u s i n g a p i e c e o f d - s h a p e d y b - - d o p e d d o u b l e - c l a d d i n g f i b e r . w e c a r r i e d o u t b o t h l itt r o w a n d l i tt m a n s e t - u p s o f e x t e rn a l - c a v i t y t u n a b l e fi b e r la s e r s a n d o b t a i n e d c u l a s e r o u t p u t w it h t u n i n g r a n g e o v e r 4 0 n m a n d l i n e w i d t h l e s s t h a n 0 .0 8 n m a n d 0 .0 6 n m r e s p e c t i v e l y . 4 . t h e w o r k i n g m e c h a n i s m a n d o u t p u t p r o p e r t i e s o f q - s w it c h e d f i b e r l a s e r s a n d s b s i n t h e f i b e r c o r e w e r e p r i m a r i ly s t u d i e d . 5 . u s i n g a o n i a n d s b s i n t h e d - s h a p e d y b - - d o p e d d o u b l e - c l a d d i n g f i b e r a s q - s w i t c h i n g m e c h a n i s m s . g r a t i n g a s t h e t u n i n g d e v i c e . w e c a r r i e d o u t a l it t r o w s e t - u p o f t u n a b le q - s w i t c h e d fi b e r l a s e r . o b t a i n e d p u l s e d la s e r o u t p u t w i t h p e a k p o w e r h i g h e r t h a n l 3 . 3 0 k , a v e r a g e p o w e r h i g h e r t h a n 1 2 0 m % . p u l s e e n e r g y h i g h e r t h a n 8 0 u j . t u n i n g r a n g e m o r e t h a n 4 0 n m a n d l i n e w i d t h l e s s t h a n 0 . 2 n m k e y w o r d s : c o m p a c t p h o t o n s o u r c e s . t u n i n g , e x t e rn a l - c a v it y l a s e r d io d e . d - s h a p e d i n n e r c la d d in g . y b - - d o p e d d o u b le - c la d d in g f ib e r . fi b e r la s e r . q s w it c h i n g . a c o u s t o - o p t i c a l m o d u l a t i o n ( a o n f ) . s t i m u l a t e d b ri l l o u i n s c a t t e r in g ( s b s ) . 一- 一一= =二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二= 一 ” 一 南开大学硕士学位论文第一章 绪论 紧凑可调谐光子源的研究与发展现状 第一章 绪论 紧凑可调谐光子源的研究与发展现状 当前，人类社会正步入智能化的信息时代，这是微电子技术、光电子技术、 通信技术、计算机科学、自 动化技术以及精密机械等科学技术综合发展的结果口 而激光技术作为光电子技术的一个重要分支，以其强大的生命力和创造力，成为 推动科技、经济、军事等领域前进和发展的强劲动力。从 1 9 6 0年世界上第一台 红宝石激光器的成功演示至今，激光技术的应用己遍及人类社会生活的各个领 域，远远超出了人们当初的预想。 在四十多年的时间里，红宝石激光器、气体原子 ( h e - n e等)激光器、气体 离子 ( a r 等) 激光器、气体分子 ( c o : 等) 激光器、气体准分子 x e c l . k r f 等)激光器、金属蒸汽 ( c u 等)激光器、可调谐染料激光器、自由电子激光器、 紫外及x射线激光器、掺钦宝石激光器、半导体 ( g a a s , i n p等) 激光器、固体 ( n d : y a g等)激光器、光纤激光器等，各种各样的激光器层出不穷。而随着制 造技术和制造工艺的不断更新和完善，激光器正逐渐向小型化、固态化的方向发 展，半导体激光器和光纤激光器已成为近年来激光器发展的主要热点! 。 至今，半导体激光器的光束质量大大提高，输出光谱己经覆盖了从近红外到 可见光的整个波段;随着包层泵浦技术的发展和完善，光纤激光器也由纤芯泵浦 发展为包 层泵浦方式，输出光的功率水平和转换效率都较以前大大提高。但普通 的半导体激光器和光纤激光器输出光谱一般都很宽，不利于许多场合的应用。可 调谐激光器有效地解决了这些问题，其输出波长在一定范围内可调，而且输出谱 线宽度也很窄，比普通的半导体激光器和光纤激光器更具竞争力。 夸 1 . 1外腔可调谐半导体激光器的研究进展和主要应用 1 9 6 2年，第一代 g a a s同质结半导体激光器在美国问世。2 0世纪 7 0年代 初，异质结半导体激光器研制成功，实现了半导体激光器在室温下的连续工作， 环创了半导体激光器的新时期。与其它种类的激光器相比，半导体激光器具有许 多 突出的优点，如量子效率高、输出光谱范围广、使用寿命长、便于集成、体积 小、重量轻、价格低等目前它己经是光纤通信、光纤传感、光盘存储、光互 联、激光打印、 激光印刷、 激光光iv 、固体激光器泵浦、光纤激光器和放大器泵 浦中不可替代的高效单色光源。到 2 0 0 0年，半导体激光器销售额己占各种激光 器销售总额的 7 5 %，若按数量统计，半导体激光器己占总数的 9 9 0, o 1 , o 一1- 南开犬学硕士学位论文第一章 绪论 紧凑可调谙光子源的研究与发展现状 但由于半导体激光器带一带激发的工作原理，使普通的半导体激光器谱线 宽、频率稳定性差。这些缺点在一定程度上限制了市售半导体激光器在某些领域 中的直接应用。如何改善半导体激光器的性能，提高输出激光的光束质量，获得 窄线宽、可调谐、输出稳定的光源，一直是人们努力研究的课题之一口 1 9 8 0 年， r . l a n g 等人首 次将用于染料 激光 器的 外腔反 馈技术应用 到半导体 激光器上，实现了半导体激光器输出波长的调谐和谱线宽度的压窄ia i 。此后，外 腔半导体激光器的研究逐渐活跃起来。一些著名的大学及研究所，如美国麻省理 工、华盛顿海军实验室、英国国家电信研究所、日 本东京工学院等先后实现了通 过外腔对多模半导体激光器进行选模和线宽压窄，与此同时外腔半导体激光器的 理论研究工作也逐渐开展起来。 8 0 年代中后期，随着半导体制作工艺的不断提高，分布反馈式 ( d f b ) 动态 单模半导体激光器逐渐走同实用，但其波长稳定性及线宽指标都无法和外腔半导 体激光器相媲美。外腔半导体激光器的研究不仅没有减弱，反而吸引了更多的科 研部门和通信公司不断加入，如日本的n e c , n t t 、富士通和美国的a t 1 9 9 1 年，实现了 1 .5 4 u m波段的 8 2 n m的连续调谐，线宽 小于 1 0 0 k h z l ; 1 9 9 6 年，实现了8 2 5 n m波段实现了4 0 n n 1 的连续l m l a l0 国内研究的起步较晚，但目前许多高等院校，如清华大学、北京大学、南汗 大学和四川大学等都在从事此方面的研究。清华大学在 工 9 9 3年报导了 工 .s u m波 段的 1 2 0 n m非连续i周 谐，线宽压窄至6 0 k h z - 1 ; 1 9 9 8 午，报道了9 5 0 im 1 波段的 2 0 n m的非连续调谐，谱线宽度小于3 0 0 k h z s ; 1 9 9 9 年，报道了1 . 5 u m波段的程 控连 续调谐， 调节 范围7 5 n m ， 调谐分辨 率0 . 0 1 n m 9 i a 认 1 9 9 7年，我们南耳大学开始从事弱祸合清况下的外控反馈半导沐激光器 的实验研究， 至今己 成功地在6 5 0 n n 1 波段实现了调谐范围5 n m 、 线宽小于0 . 1 p n l 的激七 输出:在 8 0 0 n m波段实现了调i 皆 范围 l o n ln ,线宽 、 于0 .0 6 n m，边模抑制 比大于3 0 d b的激光输出:在 1 5 5 0 n m波段，利用闪耀光栅反馈实现了线宽小于 0 . 0 7 n m、不连续调谐范围 1 0 7 n m、无跳模调谐范围5 0 n m的激光输出:在 1 5 5 0 m 波段利用光纤光栅的悬臂粱调谐方法得到了调谐范围 7 n n i 、线宽小于 0 . 1 il m、边 模抑制比3 9 d b的激光输出!1 0 - i i 。此外，在 8 0 0 n m波段外腔半导体激光器实验研 究的甚 础上，我们还试制了中心波长为 7 9 2 n m的窄线宽外控半导体激光器应用于 现场0 4 1 曼io i c 的激肋光源 : “ : 一2一 南开大学硕士学位论文第一章 绪论 紧凑可调谐光子源的研究与发展现状 外腔半导体激光器除了结构紧凑、转换效率高、使用寿命长等优点之外，还 有很好的光谱特性，如谱线宽度窄、波长调谐范围宽、容易产生超短脉冲输出、 容易实现高频幅度调制和频率调制等。目前外腔半导体激光器己经基本取代了染 料激光器、钦宝石激光器等传统的可调谐激光器，成为新一代的紧凑可调谐光子 源。它的主要应用有以下几个方面: 在当前的光纤通信系统中，波分复用 ( wd m)技术得到了广泛应用。如何 保证不同工作波长的激光在同一根光纤传输时不发生串扰，在接收端能够准确无 误地被分开、检测.光源的性能起着决定性的作用 1a 1 。掺饵光纤放大器的增益区 为 1 5 3 0 - - 1 5 6 5 m n ，为了在此带宽中容纳尽可能多的信道，各信道载波的线宽一 定要窄，波长也要稳定。国际通信联合会制定的 3 2路 wd m 的标准，规定波长 间隔为0 . 8 n m，带宽为 1 0 0 g h z 1 10 1 o 1 5 5 0 n m波段的外腔可调谐半导体激光器已 经 远远超过了这个线宽标准，允许 wd m 系统的信道间隔向更窄的方向发展，而且 由于输出波长在一定范围内可以调谐，这样就可以用一个光源实现多路光信号的 输出，从而大大减少wd m系统中信号光源的个数。 与此同时，为了保证 wd m 系统的信道质量和传输信噪比，系统中所有的有 源和无 源器件都工作于指定的光谱范围内，无过分频移。提供绝对波长标准的一 个有效一方法是将激光波长锁定在原子或分子的吸收谱线上然而在近红外区，除 了 1 . 1 5 u m 兰姆凹陷稳频的氦氖激光器外，几乎还没有其它的频标。直至 1 9 9 6 年，日 本东 京工学院的k . n a k a g a w a 首先测量了乙 炔在 1 . 5 5 u m波段振转谱 线的 绝对颁宜，提供了此波段的波长标准( j ; j 。目前各国计量部门都在研究乙 炔饱和吸 收稳频外腔半导体激光器.抓紧建立 1 .5 5 u m波段的波长标准。 可调i皆 半导体激光器1主 喇曼光谱测量中有着重要的应用i 16 - ， 一 ! 。喇曼谱仪激励 光源波长的选取必须综合考10 1 几个重要因素:如何提高喇曼散射强度、如何有效 避免荧光产生以及 c c d的有效探测范围。7 8 5 n m 的激光被认为是效果最佳的激 发光源n - 。此外，由于喇曼谱是相对激发光源波长的一定偏移，所以喇曼谱仪对 激i)j h 源的线宽、波长稳定性及可调谐性都有较为严格的要求。掺钦蓝宝石激光器 可以提洪 7 5 0 -8 0 0 m n的波长，但结构复杂，体积庞大，不利于集成化和现场应 用该波段的可调清半导体激光器具有较大优势，其结构紧凑，易于集成到喇曼 分光计中，而且输出谱宽窄，输出波长稳定，能够满足定量喇曼测量的精度要 求，是刘曼 u 仪的理想光源之一 除以上应用外，外腔半导体激光器还被广泛应用于高精度原子、分子光谱、 激光打印 壤检测、 、激光测距、光雷达、工业现场工艺监控、大气环境污染监测、水质士 _ 医学诊断和其它高分辨率光谱分析测量领域。 一3一 南开大学硕士学位论文第一章 绪论 紧凑可调谐光子源的研究与发展现状 互 1 . 2外腔可调谐光纤激光器的研究进展和主要应用 早在1 9 6 1 年e l i a s s n i t z e : 就发现了掺钦玻璃包层波导中的激光现象n $ 1 。不久， 他又报导了饵、镜等掺杂光纤的激光输出! ” 。1 9 7 8 年k .o . h i l l 成功地研制出光纤 光栅(2 o ff ，使激光器的全光纤化成为可能。从八十年代开始，由于高功率输出的半 导体激光器问世和掺稀土离子单模光纤生产技术的成熟，有源光纤器件开始快速 发展。英国南安普敦大学的电子工程系和物理系、英国通信研究实验室、德国汉 堡技术大学、日 本三菱公司、美国宝丽来公司和斯坦福大学等单位，都在此领域 进行了大量研究工作，并制成了光纤激光器和放大器。 光纤激光器较其它激光器有很多优点:掺稀土元素的增益光纤通常为硅基光 纤，相应的光纤激光器与通信光纤兼容性好、插入损耗低:石英的热膨胀系数 很小，致使激光振荡的波长非常稳定:泵浦光沿整根光纤泵浦增益纤芯，泵浦 闺值低，效率高:增益光纤的表面积/ 体积比非常大，不需要水冷或电制冷即可解 决散热问题，并且基本避免了热透镜效应。但常规的光纤激光器都是将泵浦光直 接祸合进入单模光纤芯，祸合效率很低，激光器的输出功率也非常低，光纤激光 器通常被认为是一种低功率的光子源。 但是到了二十世纪 8 0 年代后期，美国麻省宝丽来公司提出的包层泵浦技术， 为提高光纤激光器的泵浦功率找到了解决途径。双包层光纤比普通光纤增加了一 个内包层，其横同尺寸和数值孔径远大于纤芯，包绕在单 一 模纤芯外围，将激光辐 射限制在纤芯内:泵光在内包层中传输，可多次经过纤芯，增加了泵浦长度，泵 浦效率大大提高。由于内包层对泵浦光为多模，允许采用多模大功率的半导体激 光器作泵浦，这样能够大大提高输出光的功率水平。目前，在高功率激光器应用 方面掺稀土元素的包层泵浦光纤激光器己成为人们的首选产品，因而引起人们浓 厚的商业兴趣现在，已育包括美国s d l和俄罗斯i r e p o lu s 在内的几家公司， 能够提供高功率系列光纤激光器产品另外，一些传统的激光和通信公司，以及 诸如英国的s o u t h a m p t o n p h o t o n i c s 公 司也正准备 进入这个市场。 国际上，1 9 9 4 年， h . ti i . p a s k 等人报道的掺y b - 7 包层光纤激光器其斜率效 率己 经超过了8 0 % 1- 1 1 0 2 0 0 0 年，v . d o m i n i c 等人报道的掺y b ， 一 双包层光纤激光器 其最大连续输出功率己高达 l l o w = = 。而最新进的研究进展，美国的 i p g p h o t o n i c s公司己经开发出了连续输出功率高达 2 0 o w - 7 0 o w 的掺 y b - 双包层光 纤激光器的产品由于掺镜光纤的发射谱很宽，所以只要采用合适的调谐方式即 可在门当宽的波长范围内实 见 调谐输出。光# 9 l 外控调偕结构非常简单，并日 输出 一4一 南开大学硕士学位论文第一章 绪论 紧凑可调谐光子源的研究与发展现状 光的光谱特性也能够得到一定的改善，国外的报道多为此种方式。 2 0 0 0年，a . h i d e u r 等人报道的 l i tt r o w结构的掺镜双包层光纤激光器得到了 5 0 n m的连续调 i 皆 ， 线宽约为3 p m - 1 e 2 0 0 1 年， m . a u e r b a c h 等人 报道的l i tt m a n 结构的 掺镜双包 层光纤激光器得到了6 0 n m的调谐范围， 线宽小于0 . 6 g h z 2 4 1 。国内在可调谐光纤 激光器方面的报道较少。 近年来，随着高功率、高 亮度、多模半导体激光器制作工艺的完善和包层泵 浦技术的发展，双包层光纤激光器呈现出一片光明的前景。目前，包层泵浦光纤 激光器已被广泛地应用于光通信 ( 特别是高速、超大容量通信，光孤子通信，卫 星与空间通信等)、医疗制药、激光印刷、光信息处理、工业加工、生物工程、 光学传感、航空航天等方面。可调谐光纤激光器较普通的光纤激光器有更优的光 谱特性和输出波长的灵活性，是全固化激光器的一种优化选择。 在光纤通信方面，高功率光纤激光器和放大器日益显示出其重要性。现有的 掺饵光纤放大器 ( e d f a)依赖于单模半导体激光器作为泵浦源，其输出功率仅 在 1 in 以下。而包层泵浦光纤激光器可以把廉价的多模半导体激光器的泵光能量 收集起来，并转化为的单模高能信号光，从而进一步用来泵浦 e d f a 最近，包 层泵浦光纤激光器也被用于泵浦喇曼光纤放大器，这种光纤放大器可以工作在硅 光纤透明窗口的任意波长处，并可对信号光进行在线放大曰。 双包层光纤激光器由于结构紧凑，价格相对较低，激射波长多样，而且没有 气体、染料、溶剂而特别适用于医学应用。小型光纤激光器可用于光学相干层析 与 x射线照相法，瓦量级窄带掺镜光纤激光器输出的激光可以通过目旋偏振氦 气，对像肺那样的低密度生 物组织进行医学成像。 波长为2 p m的高功率光 纤激光 器可以用于显微外科手术最近，输出功率数瓦的掺铁光纤激光器己被应用于这 个领域内。而光纤激光器的输出光倍频后得到的可见光可以用于治疗皮肤癌和去 文身此外，还可以通过喇曼频移及参量变换技术，由双包层光纤激光器得到从 紫外到中红外范围内任意波长的激光，满足不同医学应用的要求 在印刷工业中，利用双包层光纤激光器的输出光逐行扫描并对强度调制，可 以在一块干衬底表面上形成坐标单位为“ m 量级的图片。双包层光纤激光器还被 用于激光烧蚀转换，施主板上的颜料或感光物经高能激光烧灼后，沉积在受主板 l 。为了在短时间内对图片进行曝光，激光器的连续输出功率要求高于 l o w，以 缩短烧灼时间。激光波长庄 1 0 8 0 r r r r l附近的掺镜光纤激光器有非常高的功率水平 和转换效率，是i 良 理想的选择。目前，双包层光纤激光器己被国外大多数印刷厂 家采用来进行校样和制模 南开大学 硕士学 位论文第一章 绪论 紧凑可调谐光子源的研究与发展现状 1 . 3可调谐调q光纤激光器的 研究进展和主要应用 随着高功率双包层光纤激光器的发展，包层泵浦的短脉冲激光器也获得了快 速发展。近年来研制成功的性能更加优良的全光纤型q 开关，己 经逐渐取代传统 的声光或电光q 开关，新型q 开光的应用将大大降低调q 激光器的插入损耗。 加之 光纤制作技术的发展，一些性能优越的光纤如大模面积掺稀土离子增益光纤的研 制成功，使调q 光纤激光器问更高峰值功率、更高脉冲能量的方向发展。 近期的 研究表明，采用包层泵浦技术的调q 光纤激光器与普通调q 光纤激光器相比， 可 将峰值功率提高几个数量级，激光脉冲能量已经从“ j 提高到m j 量级。 1 9 9 3 年， a l a i n c h a n d o n n e t 等人利用非线性全光纤强度调制器，在掺饵光 纤中 实现了脉宽1 5 n s ，峰值功率4 0 o w的脉冲输出 - 0 . 1 9 9 6 年， g . p . l e e 等人利用电光 调制器 ( e o m)在掺饵光纤中得到了脉宽4 n s ，重复频率2 0 0 h z ，峰值功率5 4 0 w 的调q 光脉冲输出 l:。1 9 9 8 年， z . j . c h e n 等人报道的双包层掺t o 光纤激光器， 利 用光纤中的受激布里 渊散射和a o m混合调q ，得到了 峰值功率3 . 7 k w,脉宽 2 n s 的 脉冲激光 输出 f281。由于镣离子的增益谱较宽，所以可调谐调q 光纤激光器多使用 掺 21 , r 包层光纤作增益介质 1 9 9 9 年，c . c . r e n a u d 等人报道的可调谐调q 掺e . 光 纤激光器，利用声光调制器 ( a o m)得到了峰值功率2 k w,脉冲能量接近1 7 0 v j 的咏冲，调谐范围为 4 0 n m,谱线宽度小于0 .5 n m 2 9 1 目 i f ,国内从事双包层调 q光纤激光器方面研究的单位不多 。南开大 学在 2 0 0 1 年 报道了目 调q掺y b 一 双 包层光 纤激光器，得到的脉冲宽度4 . 8 n s 1701: 2 0 0 2 年研制成 功的混合调q掺y b 一 双包层光纤激光器，得到了峰值功率大于8 .3 k w, 脉宽小于5 n s 的脉冲输出。而对于可ifs : lw 调q光纤激光器国内尚无报道。 调 q光 纤激光器以其 结构简单紧凑、峰值功率高、脉冲能量大、 脉冲宽度 窄、光束质量好等优点成为 一种非常重要的 激光脉冲光 源。利用调q技术可以 将 激光器的输出能量压缩到览度极窄的脉冲中输出，使输出光的亮度提高几个数量 级，因而调q光 纤激光器能够极大的推动非线性光 学领域的研究发展， 例如二 次 i i 波的产尘、光的参量放大和 振荡等， 此外调q光 纤激光器还被广泛地应用f - 激 光光i普 、激光测距、遥感、激光加工和制药等领域。 高峰值功率的短脉冲双包层光纤激光器是光纤分布式温度传感系统非常理想 的光源，而且激光器的性能在很大程度上决定着系统的性能，激光输出的脉冲宽 度决定了传感器的最高空间分辨率:而脉冲的峰值功率应尽可能高以产生足够强 的后同fit 射信号，提高测量精度。 一6一 南 开大 学 硕士学 位 论文第 一 章 绪 论一 紧 凑可 调 谐光 子源的 研究与 发 展现状 = 巴二二二二二二二二二二二二二二 此外， 数目 众多的短脉冲光纤激光器还被用于商业打标中。高峰值功率的激 光短脉冲按照程序在半导体材料、塑料或者金属的表面烧灼出规定的数字和图 案。光纤激光器良 好的光束质量和指向精度使其颇具竞争力。 1 .4本论文的主要研究内 容 本论文介绍了 在外腔可调谐半导体 激光器、 可调谐光纤激光器和可调谐调 q 光纤激光器等方面做的一些理论和实验工作，具体内容包括: 1 .研究了半导体激光器的工作原理和输出特性，并对l i tt r o w , l i t t m a n 和双光栅 等结构的光栅外腔可调谐半导体激光器进行了理论分析。 2 .对弱祸合情况下8 0 0 r tm波段l it t r o w结构光栅外腔半导体激光器进行了实验研 究，得到了 1 4 3 n m的调谐范围，谱线宽度小于0 . 1 n m 。并在此基础上，参与 完成了现场喇曼谱仪激励源样机的研制 ( 中心波长 7 9 3 n m,谱线宽度 0 . 1 4 n m，输出功率2 4 6 m w，波长稳定的光栅外腔半导体激光器)口 3 . 使用内包层为 d形的掺镜双包层光纤，完成了l i tt r o w和 l i t t m a n 结构的光栅 外腔可调谐光纤激光器的实验研究，实现了大于 4 0 n m 的波长调谐，输出光 的 谱线宽度分别小于0 .0 8 n m和0 .0 6 r u n . 4 .对im q光 纤激光器的 工作原理和性能参数进行了 初步的理论研究，并对增益 纤芯中的受激布里渊散射效应做了简单的理论分析。 5 .利 用声光调制器和d形掺镜双包层光纤中的受激布里 渊散 射作为调q机制. 光 栅作为调谐元件，完成了l i tt r o w结构的外腔可调谐调q光纤激光 器的实 验 研究。在 4 0 n m的调谐范围内得到了峰值功率高于 1 3 .3 k w,脉冲宽度小于 6 n s ,脉冲能量高于8 0 p j ,谱线宽度小于 。 .2 n m，平均功率高于1 2 0 m w 的激 光输出。 参考文献: 川 3 1 梅遂尘， “ 光电子技术的若干动向”，2 0 0 1 全国光电子器件与集成技术 会议论文集， 2 0 0 1 ,桂林。 s t e p h e n g . a n d e r s o n . r e v i e w a n d f o r e c a s t o f t h e l a s e r m a r k e t s . l a s e r f o c u s wo r l d . 2 0 0 1 . 3 7 : 8 8 . r . l a n e a n d k . k o b a n a s h i . e x t e rn a l o p t ic a l f e e d b a c k e ff e c t s o n s e m i c o n d u c t o r i n j e c t i o n l a s e r p r o p e rt i e s . i e e e j . q u a n t u m e l e c t r o n . . 1 9 8 0 . q e - 1 6 : 3 4 7 . 一7一 南开大学硕士学位论文第一章 绪论 紧凑可调谐光子源的研究与发展现状 4 r . w y a t t a n d w.j . d e v l i n , l o k h z l i n e w i d t h 1 .5 “ m i n g a a s p e x t e r n a l c a v i t y l a s e r w i t h 5 5 n m t u n i n g r a n g e , e l e c t r o n . l e t t ., 1 9 8 3 , 1 9 ( 3 ) : 1 0 0 . 5 f . f a v r e e t a l ., 8 2 n m o f c o n t i n u o u s t u n a b i l i t y f o r a n e x t e r n a l c a v i t y s e m i c o n d u c t o r l a s e r , e l e c t r o n . l e t t . 1 9 9 1 , 2 7 ( 2 ) : 1 8 3 . 6 d . wa n d t e t a l . , e x t e r n a l c a v i t y l a s e r d i o d e w i t h 4 0 n m c o n t i n u o u s t u n i n g r a n g e a r o u n d 8 2 5 n m , o p t i c s c o m m u n i c a t i o n s , 1 9 9 6 , 1 3 0 : 8 1 . 7 柴燕杰，张汉一，谢世钟等，“ 外腔半导体激光器宽带调谐特性”，中国 激光，1 9 9 3 , a 2 0 ( 1 0 ):7 2 5 0 8 1 董启明， 潘仲琦， 张汉一等，“ 大功率 外腔 半导体激光器的研究”，中国 激光，1 9 9 8 , a 2 5 ( 7 ):5 8 4 0 9 潘仲琦， 样今强，叶亚斌等，“ 程控宽带连续调谐外腔半导体激光器 特性 分析”，光学学报，1 9 9 9 , 1 9 ( 2 ):2 2 1 0 1 0 刘玉洁，硕士研究生毕业 ( 学位) 论文， 南开 大学，1 9 9 8 0 1 1 郭曙光，博士研究生毕业 ( 学位) 论文，南开大学， 2 0 0 1 a 1 2 戴武涛，郭曙光，樊亚仙等，“ 适用于现场喇曼谱仪的光栅外腔半导体激 光器”，光电子 激光，2 0 0 1 , 1 2 ( 1 1 ):1 1 1 2 0 1 3 1纪越峰， 光波分复用系 统， 北京邮电 大学出 版社，1 9 9 9 0 1 4 mi c h a e l l a n g . - e x t e rn a l - c a v i t y d i o d e l a s e r s p r o v i d e a b s o l u t e r e f e r e n c e s f o r wd m t e s t i n g . l a s e r f o c u s wo r l d . 1 9 9 8 , 3 4 ( 6 ) : 1 3 3 . 1 5 1 k . n a k a g a w a . m. d e l a b a c h e l e r i e , y . a w a j i , e t a l . a c c u r a t e o p t i c a l f r e q u e n c y a t l a s o f t h e 1 . 5 4 t m b a n d s o f a c e t y l e n e . j o s a . 1 9 9 6 . b 1 3 : 2 7 0 8 . 1 6 j i m t e d e s c o a n d j o e s l a t e r . 7 8 5 n m l a s e r b e n e fi t s r a m a n s p e c t r o s c o p y. l a s e r f o c u s wo r l d . 2 0 0 0 . 3 6 ( 9 ) : 1 6 1 . 1 7 mi n g - we i p a n . r o b e rt e . b e n n e r , c a r l w. j o h n s o n . e t a l . n e a r - i r l a s e r s r e j u v e n a t e r a m a n s p e c t r o s c o p y . o p t o e l e c t r o n i c s wo r l d , - 0 0 0 . 3 : s 5 . 1 8 e . s n i t z e r . p h y s . r e % . l e t t . . 1 9 6 1 . 7 : 4 4 4 . 1 9 e . s n i t z e r a n d r . wo o d c o c k , a p p l . p h y s . l e tt . . 1 9 6 5 , 6 : 4 5 . 2 0 k . o. h i l l . e t a l 二 a p p l . p h y s . l e tt . 1 9 7 8 , 3 2 : 6 4 7 . 2 1 h . m. p a s k . j . l . a r c h a m b a u l t . d . c . h a n n a . e t a l .o p e r a t i o n o f c la d d i n g - p u m p e d y b 3 - - d o p e d s i l i c a f i b e r l a s e r s i n 1 “ m r e g i o n . e l e c t r o n . l e t t . . 1 9 9 - 4 3 0 ( 1 1 ) : 8 6 3 . 2 2 1 v . d o m i n i c . s . ma c c o r m a c k . r . wa a rt s , e t a l i i o w fi b e r l a s e r e l e c t r o n . l e t t 2 0 0 0 . 3 5 ( 1 . 1 ) : 1 1 5 8 一8一 南开大学硕士学位论文 第一章 绪论 紧凑可调谐光子源的研究与发展现状 2 3 a m m a r h i d e u r , t h i e r r y c h a r ti e r , c a f e r o z k u l , e t a l . , d y n a m i c s a n d s t a b i l i z a t i o n o f a h i g h p o w e r s i d e - p u m p e d y b - d o p e d d o u b l e - c l a d f i b e r l a s e r , o p t i . c o mmu n i c a t i o n s , 2 0 0 0 , 1 8 6 : 3 1 1 . 2 4 m . a u e r b a c h . d . wa n d t , c . f a l l n ic h , e t . a l . h i g h - p o w e r t u n a b l e n a r r o w l in e w i d t h y t t e r b i u m - d o p e d d o u b le - c l a d f i b e r l a s e r , o p t i . c o m m u n i c a t i o n s , 2 0 0 1 . 1 9 5 : 4 3 7 2 5 s . a . e . l e w i s . s . v . c h e rn i k o v , e t a l ., t r i p l e w a v e l e n g t h p u m p e d s i l i c a - f i b e r r a m a n a m p l i f i e r w i t h 1 1 4 n m b a n d w i d t h , e l e c t r o n . l e t t ., 1 9 9 9 , 3 5 ( 2 0 ) : 1 7 6 1 . 2 6 a la i n . c h a n d o n n e t , g i l l e s e . l a r o s e . h i g h p o w e r q - s w i t c h e d e r b i u m f i b e r la s e r u s i n g a n f i b e r i n t e n s i t y m o d u l a t o r , o p t . e n g . 1 9 9 3 , 3 2 ( 9 ) : 2 0 3 1 . 2 7 g . p . l e e , t . p . n e w s o n . d i o d e p u m p e d h i g h p o w e r s im u l t a n e o u s l y q - s w it c h e d a n d s e lf m o d e - l o c k e d e r b i u m d o p e d f i b e r l a s e r , e l e c t r o n i c s l e t t . . 1 9 9 6 , 3 2 ( 4 ) . 2 8 z . j . c h e n . a . b . g r u d i n i n , j . p o rt a . e t a l ., e n h a n c e d q s w i t c h i n g i n d o u b l e - c l a d fi b e r l a s e r s . o p t . l e t t . . 1 9 9 8 , 2 3 ( 6 ) : 4 5 4 . 2 9 c . c . r e n a u d . r . j . s e l 、 a s - a g u i l a r . j . n