高质量种子源光纤激光器技术发展与研究现状连续光种子源光纤激光器的性能决定了高功率全光纤MOPA激光系统的激
光输出光谱、线宽和频率稳定性等特性。作为高质量的种子光源必须首先具有
窄线宽、高稳定性和高信噪比，然后再追求可以满足不同应用需要的其他功能
特性，如波长可调谐、单/双波长可切换以及双波长间隔可调谐等。在过去的二
十多年时间里，研究者们一直在寻求可以实现单频窄线宽激光输出的方法，也
陆续提出了基于不同技术的单频窄线宽光纤激光器，尤其是在1.5μm波段的掺
铒光纤激光器，因为其所在波段为光纤通信低损耗窗口，考虑到长距离通信和
传感的需求，对于激光输出相干特性要求很高，需要激光具有较窄的线宽，使
得掺铒光纤激光器在窄线宽方面发展比较迅速，线宽也达到了kHz量级的水平。在近几年，研究者们开始对具有不同性能的单频窄线宽光纤激光器进行研究，
也开始不断追求输出激光的高稳定性和高信噪比等特性。
1.1单频窄线宽光纤激光器研究与发展
早在1986年，Jauncey等人就已经提出了窄线宽的概念，他们使用掺钕光
纤结合光纤Bragg光栅在1084nm处得到了激光输出，经过使用Fourier转换Michelson干涉仪测量，得到激光输出线宽为16GHz；然而，由于只是使用了线腔结构，腔长较长，激光器没有实现单频运转。
直到1990年，Iwatsuki才首次真正地得到了单频窄线宽的激光输出，使用
的是环形腔结构，配合一个1 nm谱宽带通滤波器，使用15m长掺饵光纤作为
增益介质，成功得到了单频激光输出，并且首次使用延迟自外差干涉仪(Delayed Self-Heterodyne Interferometer, DSHI)对激光线宽进行了测量，线宽达
到1.4 kHz，是截至当时线宽最窄的激光器，而且该激光器还提供2.8nm的波长
可调谐范围。
1991年，Gowle等人提出了一种新型的环行腔光纤激光器，通过使用分布Bragg反射镜作为波长初选滤波器，在1552nm波长处得到了稳定的单频激光输出，使用延迟自外差法测量得到激光线宽小于10 Hz，测量分辨率受限于使用
的25km延迟线长度。
同年，Park等人也提出了基于环形腔结构的单频激光器，在谐振腔内使用
了两个Fabry-Perot (F-P)滤波器，该激光器输出具有当时最高的稳定性，阈值仅
为1OmW，而且具有宽达30nm的可调谐范围;然而，激光器的输出信噪比较低，仅为35dB，而且研究者们并没有对激光器的线宽特性进行测量。
1992年，Laporta等人利用铒/镱共掺磷酸盐玻璃光纤制作了腔长仅为
2.5mm长的超短腔光纤激光器，在1532.2nm波长处得到了15mW的激光输出，测得的线宽小于lOkHz。
同年，Zyskind等人也报道了短腔光纤激光器，通过在掺铒光纤上直接写入
一对Bragg光栅制作了腔长仅为2cm的谐振腔，利用F-P干涉仪测量激光器处
于单频运转状态，由于分辨率限制，他们只是证明了激光的线宽小于6MHz，
没有对其实际线宽进行进一步的研究。
1993年，Chernikov等人分别提出了单波长和双波长短腔光纤激光器，两种
激光器都可以运行在单频状态;提出的单波长激光器输出线宽为30kHz，双波长
激光器输出线宽为16kHz，频率间隔为59GHz。
1994年，Horowitz等人首先报道了使用未泵浦掺铒光纤作为饱和吸收体进
行多纵模抑制，经验证模式抑制效果显著:基于线形腔结构实现了单频窄线宽激
光输出，线宽仅为几kHz。同年，Kringlebotn等人通过在铒/镱共掺光纤上写入
相移Bragg光栅首次制作了DFB单频光纤激光器，使用的有源光纤长度为2cm，输出功率为2mW，但是没有对激光器的线宽特性进行研究。
1995年，Cheng等人报道了基于饱和吸收体的环形腔单频掺铒光纤激光器，在1535nm处得到了6.2mW的激光输出，线宽小于950Hz，但是激光器的长期
稳定性较差。同年，Guy等人通过在环形腔中加入相移Bragg光栅作为超窄带
滤波器制作了光纤激光器，在1550 nm波长处得到了线宽小于2kHz的激光输出，这也是世界上首个使用光纤Bragg光栅作为窄带滤波器的报道。
1996年，Gloag等人报道了使用光纤Bragg光栅作为波长初选滤波器的Sagnac型环形腔光纤激光器，在1530nm处得到了1.6mW的单频激光输出，受
测量分辨率限制，线宽小于37kHz。
同年，Chang等人首次报道了使用扭模技术实现单频激光输出，提出的激
光器使用了三个偏振控制器(PC)，输出波长为1534nm，线宽小于l0 kHz。
1998年，Lee等人首次报道了基于多环形复合腔结构的光纤激光器，使用
三个长度不等的短环形子腔，复合腔结构具有良好的纵模选择能力，激光器输
出波长为1533nm，消光比达到51dB，最高输出功率为23mW，线宽约为2kHz。
同年，Takushima等人首次利用非保偏光纤制作光纤激光器得到了单频单偏
振激光输出，并且实验证明了此激光器具有和使用全保偏器件得到的激光相同
的偏振模稳定性;经测量，激光输出线宽小于1MHz。
1999年，Kishi和Yazaki首次提出了利用外部光源注入进行纵模锁定得到单频激光输出的方法，结合使用饱和吸收体，得到了线宽为7.5kHz的激光输出。
同年Yamashita等人证明了使用外部光源注入和自注入进行模式锁定都可以
得到稳定的单频单偏振激光输出，并制作了相关的DFB光纤激光器。
到了2000年以后，单频窄线宽光纤激光器便开始了向多元化的发展，各种
功能和特性的单频光纤激光器陆续被报道。
2000年，Chang等人报道了宽调谐的线形腔单频光纤激光器，腔长为21m，腔内使用了全光纤移频器和饱和吸收体，得到的激光边模抑制比高于50 dB，
波长可调谐范围达40nm以上。
2001年，Song等人提出了一种基于环形腔结构的超窄线宽和宽调谐的单频
掺饵光纤激光器，激光器中使用了一个宽调谐的光纤Bragg光栅(写制在使用化
学方法剥离涂覆的同位素氖载光纤上)和一段4m长的未泵浦掺饵光纤饱和吸收体，得到的激光输出可调谐范围为1522nm-1562nm，输出线宽仅为750Hz；激
光器性能优良，但是却没有对激光器的长期稳定性做进一步的研究。
2002年，Libatique等人报道了一种离散可调谐单纵模光纤激光器，波长调
谐间隔满足ITU标准建议的波分复用系统所使用的波长间隔;激光器采用环形腔
结构，使用了饱和吸收体和一个玻璃标准具(Etalon) 滤波器，实现了8个通道的
可调谐，通道间隔为50GHz，激光输出边模抑制比大于50dB，估计线宽小于
10 kHz。
2003年，Xu等人报道了在环形腔光纤激光器中加入半导体光放大器((SOA)
可以有效抑制拍频噪声，在此处SOA相当于一个高通滤波器，通过实验证明了
使用SOA后拍频噪声抑制效果显著，可以明显提高信号输出质量。
2005年，Chien等人报道了一种工作在S波段的高稳定性单频可调谐掺铒
光纤激光器，该激光器基于典型的环形腔结构，但是使用F-P滤波器进行滤波，并且通过使用压电陶瓷调节F-P滤波器的透射波长来实现激光波长的可调谐;波
长调谐范围为1482nm-1812nm，功率和波长波动分别小于0.02dB和0.01 nm，
但是激光器的信噪比较低，仅为31 dB。
2006年，多个研究小组对单频双波长光纤激光器进行了报道，标志着单频
双波长光纤激光器开始引起广泛关注；Sun等人提出了一种基于非对称相移光
纤Bragg光栅的双波长单频DFB光纤激光器，通过在均匀Bragg光栅中引入两
个不一样的相移实现了波长间隔仅为52pm的双波长输出，并通过拍频得到了
6.62 G的微波信号，然而，研究者们并没有对激光器的其他特性进行更多研究;
同年，他们还提出了一种基于重叠相移光纤Bragg光栅的单频双波长DFB
光纤激光器，通过在光纤同一位置写入两个在空间上独立但具有不同透射波长
相移光栅，得到了间隔为0.312nm的双波长运行，并通过拍频得到了线宽仅为
6kHz的38.67GHz微波信号；Dai等人提出了一种简单的线形腔双波长单频光纤激光器，主要的滤波器件为具有两个超窄透射通道的相移光纤Bragg光栅，使
用环行器作为一个腔镜，并且用于实现相移光栅的透射性滤波，最后得到的双
波长运行波长间隔为27pm，通过拍频得到了线宽小于20kHz的微波信号。
后来的几年里，又有多个研究小组报道了具有类似输出特性的单频双波长
激光器，但是，基于的结构和滤波器件各有不同。
2009年，Feng等人又报道了关于单/双波长可切换的单频掺铒光纤激光器，
使用的是偏振保持光纤Bragg光栅进行双波长的纵模选择，结合饱和吸收体得
到单频运行。自此开始，单频窄线宽光纤激光器又多了单/双波长可切换的研究
方向，并产生了诸多此方面的报道。
2010年，Tang等人又提出了高稳定型的波长间隔宽调谐单频双波长光纤激
光器，调谐范围从0.8nm到 17nm输出功率波动小于0.37dB。此激光器还可以
用于THz波的产生。
2012年，Kim也提出了类似功能的单频双波长激光器，波长间隔调谐范围
为3.46nm-13.2nm。
1.2 单频窄线宽光纤激光器实现技术方案
纵观单频窄线宽光纤激光器的发展，研究者们提出了各种实现窄线宽输出
的技术方案，主要包括DFB、超短腔、线形腔+饱和吸收体、环形腔+窄带滤波
器件以及复合腔结构，各种实现方案又有各自的优缺点:
1、 DFB光纤激光器。此类激光器并非利用传统的反射腔镜，而是通过相
位掩膜法直接在高浓度掺杂光纤上写入具有π/2相移的光纤Bragg光栅制得。DFB光纤激光器中没有熔接点，结构紧凑，具有很好的选频特性，很容易实现
单频运转，而且整个激光器只包含一个Bragg光栅，激光器稳定性很好，输出
线宽在1O kHz左右。但是，DFB激光器通常需要较高浓度的光敏增益光纤，
价格昂贵，输出激光功率也很难提升，而且输出性能单一。
2、超短腔光纤激光器。此类激光器通常使用两个窄带光纤Bragg光栅作
为反射腔镜，一小段高浓度掺杂光纤作为增益介质(通常为5cm以下)，构成分
布Bragg反射式(DBR)光纤激光器。超短腔光纤激光器是通过缩短腔长增加纵
模间隔的方式选单纵模的，当纵模间隔大小和反射腔镜的反射带宽相当时，可
以实现激光器的单频运转。此类激光器制作简单，稳定性好，线宽一般要略优
于DFB光纤激光器，在几kHZ量级，但是仍然存在和DFB光纤激光器同样的
缺点。
3、线形腔+饱和吸收体的光纤激光器。此类激光器通常为一个腔长较长的DBR光纤激光器，腔内加入未泵浦掺杂光纤饱和吸收体。饱和吸收体可以形成
自追踪超窄带动态滤波器，使得激光器较容易实现单频运转。腔内还可以通过
加入偏振控制器、起偏器等，实现单偏振激光输出，此类激光器的线宽也可以
达到kHz量级。但是，由于腔长较长，激光器的稳定性稍差，光光转换效率较低。
4、环形腔+窄带滤波器件的光纤激光器。此类光纤激光器通常采用一个比
较长的有源环形腔，腔内加入超窄带滤波器件，如:未泵浦掺杂光纤饱和吸收体、光纤Bragg光栅F-P滤波器、相移Bragg光栅滤波器等。由于超窄带滤波器件
的存在，激光器很容易实现单频运转，而且通过使用不同的滤波器件还可以实
现激光波长可调谐、多波长运行等功能。此类激光器的线宽可以达到很小，通
过合理控制震动和噪声，线宽甚至可以达到kHz以下。但是，同上述激光器，
此类激光器腔长也较长，激光器的长期稳定性稍差，容易出现跳模，光光转换
效率低，而且超窄带滤波器件制作困难、成本高。
5、复合腔结构光纤激光器。此类激光器包括线形复合腔、环形复合腔和
混合型复合腔结构。由于复合腔结构可以显著增大激光器的自由光谱范围也就
是纵模间隔，可以在不使用超窄带滤波器件的情况下实现激光器的单频运转，
制作成本较低，而且此类激光器的线宽一般可以达到2kHz以下。尤其是使用
长有源主腔和短无源子腔的形式可以实现良好的选模和线宽压窄效果，被认为
是较好的窄线宽实现方案。然而，此类激光器有源主腔的腔长一般较长，使得
激光器的长期稳定性较差，但是可以通过合理的隔振和温控措施得到改善。
综合来看，使用长腔结构结合超窄带滤波器或者复合腔结构实现的单频光
纤激光器可以达到比较窄的线宽，因为相对于短腔，长腔激光器的纵模间隔小，单个纵模线宽会很窄。而且，此类激光器的可操作性较强，可以通过使用其他
技术实现种子源激光器向更多功能拓展。至于长腔光纤激光器稳定性较差的问题，可以通过良好的封装和合理的隔振及温控措施来加以改善，从而达到符合
未来全光纤MOPA激光系统需求的高质量种子源的指标。
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
1550nm窄线宽激光器 1550nm窄线宽采用蝶形封装，内置背光PD、隔离器、TEC和热敏电阻,输出功率可达60mW以上。 线宽30K-2MHZ可选。具有低工作电流,高效率,高稳定性的特点。与我公司提供的配套驱动电路一 起使用,可以获得高稳定性 窄线宽激光光源。图片仅供参考,尺寸以实物为准,我公司（深圳市飞博 源光电）热忱为您提供,具体性能指标见每支设备参数. 特 点 ·窄线宽·高稳定性 ·高效率·蝶形封装 ·内置监视器·内置TEC 1热敏电阻 8接地 2热敏电阻 9接地 3LD负极(-)10无 4监视器正极(+)11激光器正极，接地 5监视器负极(-)12激光器RF 6TEC(+)13激光器正极，接地 7TEC(-)14无 性能指标 参数符号测试条件最小典型最大单位光学输出功率PO CW40??mW
波长Pf=40mW，CW1540-1560nm 线宽 (-3dB 宽度) Pf=40mW，CW (FOL15DCWD-A**-B) --2MHz 边模抑制比SMSR Pf=40mW，CW3545dB 光隔离度Iso-25--dB 相对强度躁声RIN Pf=40mW，CW， OpRL<-25dB*2)， 100MHz 1550nm高功率窄线宽DFB蝶形封装激光器（40-60mw） 描述：采用量子阱结构的DFB 激光器，内置半导体制冷器，先进的激光焊接工艺实现蝶形尾纤式封装，结构紧凑，体积小，在光纤通信领域得到广泛应用；半导体制冷器高精度温度控制下，激光器功率高稳定、波长高稳定的优势，该激光器的线宽低至200khz一下，使得激光器在光纤传感器领域得到广泛应用。 产品特点主要应用 MQW-DFB量子阱结构低阈值电流、高斜率效率气密性封装 高可靠性、高稳定性光纤通信 光仪表（光源、OTDR）光纤气体传感器（光源） 极限参数 参数符号单位参数值 激光二极管正向电流If(LD)mA500 激光二极管反向电压Vr(LD)V 2 背光探测器工作电流If(PD)mA 2 背光探测器反向电压Vr(PD)V 20 致冷器工作电流ITEC A 2.4 致冷器工作电压VTEC V 2.9 工作温度Topr ℃-20～+70 储存温度Tstg ℃-40～+85 管脚焊接温度/时间Tsld ℃/s 260/10 技术参数 参数符号单位最小值典型值最大值出纤功率P0 mw 40 60 阈值电流Ith ma 50 80 工作电压V o V 1.6 3 线宽Lw khz 150 200 中心波长λ c nm 1550 波长随温度变化漂移系数Δλ/T nm 0.1 波长随电流变化漂移系数Δλ/I Nm 0.01 背光监视电流Im mA 0.1 2 背光探测器暗电流Id nA 10 边模抑制比SMSR Db 35 芯片工作温度T ℃25 热敏电阻@25℃R KΩ10 封装尺寸 引脚定义01 引脚定义02 窄线宽光纤激光器的应用 单频光纤激光器具有线宽超窄、频率可调、相干长度超长以及噪声超低等独特性能，借用微波雷达上的FMCW技术可对超远距离的目标进行超高精度的相干探测，从而会改变市场对光纤传感、激光雷达和激光测距等固有观念，继续把激光器应用革命进行到底。 光库通讯提供的单频光纤激光器拥有世界上独一无二的美国专利技术，可以十分低地成本解决激光 光束质量和激光功率的矛盾，从而研制出了该款极具竞争优势的单频可调光纤激光器。 关键词：5cm腔长 FMCW 混频相干探测 AFR光纤激光器的特点 光库通讯提供的1550nm光纤激光器最大的特点就是线宽超窄至2Khz，频率稳定性好于10Mhz，具有超长相干长度和超低噪声，就是比世界上最好的DFB激光器都高出2个数量级。该款激光器输出功率可达150mW，边模抑制比高于50dB，热调协范围20Ghz，同时兼备50Mhz/V的线性PZT调制功能。 除了对人眼安全的1550nm激光器外，光库通讯还提供同样性能的1000nm左右的光纤激光器，同时2000nm 的光纤激光器也正在计划之中。将来，光库通讯还会推出波长覆盖1000-1550nm全光纤化的单频、高功率脉冲光纤激光器。欢迎您的关注。 核心技术 请见图1为我们激光器的结构图，激光器腔由左右两端的光纤光栅和中间极短的有源光纤组成。该设计方案充分利用了我们美国合作方的专利技术，高浓度、铒/镱离子共掺有源光纤可以确保我们的激光器的腔长度少于5cm，这是传统光纤技术所不可能完成的任务！ 如此短的腔长极合适超高稳定性和跳模自由的单频激光工作。该种激光器的线宽典型值为2Khz，而且都是线偏光输出。结构紧凑和高稳定性能的光纤激光器就可以在如此短的激光腔基础上完成制作。 图1：激光器结构 在光纤传感中的应用 光库通讯的超窄线宽光纤激光器可以应用于分布式光纤传感系统，对远至10公里的目标进行探测、定位和分类。它的基本应用原理就是频率调制连续波技术（FMCW），该技术能为核电站，石油/天然气管道，军事基地以及国防边界提供低成本的、全分布式的传感安全保护。 在FMCW技术中，激光输出频率围绕它的中心频率不断变化，而激光的一部分光被耦合进一个有固定反射率的参考臂中，在外差相干探测系统中，该参考臂就充当了一个本地振荡器（LO）的作用。充当传感作用的是另一跟很长的光纤，请见图2。从传感光纤反射回来的激光与来自本地振荡器的参考光一起混合产生一个光拍频，该频率与它所经历的时间延迟差相对应。传感光纤上的远处信息就可以通过测量光谱分析仪上的光电流的拍频来获取。传感光纤上的分布式反射可以是最简单的瑞利后向散射。通过这种相干探测技术， 盐城师范学院 毕业论文 (2011－2012学年度) 物电学院电子信息工程专业 班级08（3）学号08223129 课题名称窄线宽可调谐半导体激光器的驱动电路学生姓名蒋峰 指导教师沈法华 2012年5月20日 目录 1、绪论 (4) 2、工作原理 (5) 2.1半导体激光器原理 (5) 2.2窄线宽原理 (7) 2.3可调谐原理 (9) 2.3.1 基于电流控制技术 (9) 2.3.2 基于机械控制技术 (10) 2.3.3 基于温度控制技术 (10) 3、特性参数 (10) 3.1工作波长 (10) 3.2光谱宽度 (11) 3.3功率特性 (11) 3.3.1 小功率 (11) 3.3.2 高功率 (11) 3.4频率稳定性 (12) 4、可调谐半导体激光器的高精密驱动电源与稳频电路设计 (12) 4.1半导体激光器电路设计原理与实现 (12) 4.1.1 半导体激光器驱动方式简介 (12) 4.1.2 电路设计指标 (13) 4.1.3 驱动电路设计 (14) 4.2控温电路的设计与实现 (15) 4.2.1 基准采样电路 (15) 4.2.2 差分放大电路 (15) 4.2.3 自动控制电路 (15) 4.3控流电路的设计与实现 (16) 4.4微分稳频电路的设计与实现 (16) 总结 .................................................................................................. 错误！未定义书签。致谢 . (18) 参考文献 (18) 文章编号:1673-0291(2007)06-0042-04 846nm 半导体激光器线宽压窄的研究 苏 展1,何世均1,沈乃 2 ,于 闯3 (1.河南省自动化工程技术研究中心,郑州450008;2.中国科学院物理研究所,北京100080; 3.北京大学信息科学技术学院,北京100081) 摘 要:研制了用于倍频蓝光的单模、可调谐的窄线宽光栅外腔反馈半导体激光器,它是由激光器底座、激光管组件、准直透镜组件和光栅组成.经过精密控制电流和温度,利用光栅反馈可获得激光 单纵模输出,外腔的结构还使输出光的谱线宽度得以压窄.对研制的半导体激光器的特性测试表明,其输出功率稳定,阈值变小,模式单一稳定,波长可调谐,谱线宽度小于1MHz.关键词:激光技术;外腔半导体激光器;外腔光栅反馈;单纵模;窄线宽中图分类号:TN24814 文献标志码:A Research on Narrow Line Width External Cavity 846nm Semiconductor Laser S U Zhan 1 ,HE Shi -j un 2 ,SH EN Nai -cheng 2 ,Y U Chuang 3 (1.Henan Automat ion Eng ineering and T echnology Research Center,Zhengzhou 450008,China; 2.Institute of Physics Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China; 3.Schoo l of Electronics Engineering and Computer Science,Peking U niversit y,Beijing 100081,China) Abstract:A single narrow line w idth tunable external cavity feedback sem iconductor used in frequency doubling blue light is proposed.It is constructed w ith laser base,laser tube,collimation system ,and optical grating.Via the current and temperature precise control,It is selected the mode of semiconduc -tor laser used in the feedback of grating.The structure of external cav ity makes the spectral line w idth of output lig ht to be narrowed.T hus a single long itudinal mode,narrow spectral line w idth and stable frequency external cavity semiconductor laser is realized,and its spectral line w idth is compressed to be less than 1MHz. Key words:laser technology;external cavity sem iconductor laser;ex ternal cav ity optical grating feed -back;sing le longitudinal mode;narrow line w idth 钙原子在657nm 上的吸收谱,是2003年国际长度咨询委员会(CCL)的13种国际推荐谱线之一.由于所要观测的钙束原子速度过大,导致检测效率的降低,但可利用钙原子在423nm 上的能级跃迁, 采取能级变换的方法来提高检测效率[1-4] .文中论述的846nm 的半导体激光可以借助铌酸钾晶体的非线性效应获得倍频423nm 的蓝光. 半导体激光器以其体积小、寿命长、使用简单方 便等优点广泛应用于各个领域.尤其是外腔半导体 激光器,其线宽可压窄1~2个量级,还可以将辐射变成单纵模输出,通过旋转光栅可以获得大范围连续可调谐的激光输出[5-7] . 利用外腔光栅反馈技术结合电流和温度的有效控制可以使外腔选模的846nm 半导体激光器的线宽压窄至小于110MHz 左右,此线宽完全可以满足对激光光源要求较高的科研工作. 收稿日期:2006-07-14 作者简介:苏展(1977)),男,河南许昌人,硕士.email:04121511@https://www.doczj.com/doc/1716044008.html, 第31卷第6期 2007年12月 北 京 交 通 大 学 学 报 JOU RN AL O F BEIJIN G JIAOT O NG U N IV ERSI T Y V ol.31N o.6Dec.2007 1550nm高效窄线宽光纤激光器** 伍波**,刘永智,刘爽,张谦述,代志勇 (电子科技大学光电信息学院,四川成都610054) 摘要:研制了一种采用双光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er3+光纤为增益介质,结合非相干技术,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过2个短FBG F-P腔选模,产生了稳定的1550nm单频激光输出。采用两端976nm LD抽运方式,阈值抽运光功率为11mW,在抽运光功率为145mW时输出信号光功率为73mW。光-光转换效率为50%,斜率效率达55%。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了10km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到线宽小于10kH z。研究表明,这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄和信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感器系统。 关键词:激光技术;光纤激光器;窄线宽;光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔;法拉第旋转器(FR) 中图分类号:TN253文献标识码:A文章编号:1005-0086(2007)07-0770-03 1550nm Hig h Efficient Narrow Lin ew id th Fib er Laser WU Bo**,LIU Yong-Zhi,LIU Shuang,ZH ANG Qian-shu,DAI Zh-i yong (School of Optoelectronic Information,University of Electronic Science and Technolog y,Chengdu610064,China) A bs tra ct:A high efficient narrow li newidth fiber laser based on fiber Bragg grating Fabry-Perot(FBG F-P)cavity was demonstrted.The spatial hole burning effect was restrained by fi ber Faraday rotator(FR).Two short FBG F-P cavities as narrow band width filters discrimi nated and selected the laser longitudi nal modes efficiently.Stable single frequency1550nm laser was acquired.Pumped by two976nm LD,the fiber laer exhi bi ted a11mW threshold.The73mW output power was obtai ned upon the maximu m145mW pump power.The opti ca-l optical efficciency was50%and the slope effi ci ency was 55%.T he3d B linewidth of laser was less than10kHz,measured b y the delayed sel-f heterod yne method with10km mono-mode fiber.T he high power narrow linewid th fi ber lasr can be used in high resolution fiber sensor system. Key words:laser technology;fiber laser narrow linewidth;fiber Bragg grating Fabry-Perot(FBG F-P)cavi ty;Fara-day rotator(FR) 1引言 窄线宽光纤激光器作为光纤激光传感器光源,具有对电磁场的干扰、安全、体积小和可远程控制等特性[1,2]。目前,获得单纵模窄线宽光纤激光器有3种方案。1)通过控制腔内相遇光波的偏振状态来消除驻波效应引起的空间烧孔的非相干技术[3,4];2)在激光腔中加入未抽运掺杂光纤来选频,并抑制跳模的饱和吸收体[5~7];3)短腔光纤激光器,包括DFB光纤激光器和短腔DBR光纤激光器[8~10]。比较3种方案发现,方案1和方案2需要使用多个偏振控制器,且多为环形腔结构,控制难,转换效率低,输出功率极低;而方案3结构简单,输出功率超过200mW,斜率效率达24%,难点在于采用怎样的抽运方式在短增益光纤上实现高输出功率,以及怎样实现特殊封装。超短腔DBR结构光纤激光器国内也有研究,但是激光器效率低,输出功率最大仅为11mW,且线宽限制在MH z范围[11,12]。 本文研制了一种采用双光纤光栅布里-珀罗(FBG F-P)腔选模的高掺Er3+线形腔窄线宽光纤激光器。该光纤激光器结合了非相干技术,输出功率高,能量转换效率高,线宽极窄,并具有结构简单、全光纤化和信噪比高等特点,可应用于高精度的光纤传感系统。 2窄线宽光纤激光器实验结果 光纤激光器主要由2个FBG F-P腔和高掺Er3+光纤线形腔构成,实验装置如图1所示。激光器的增益介质为高掺Er3+光纤,长度为3m,在978nm波长处峰值吸收系数为17 dB/m,在1550nm波长处峰值吸收系数为30dB/m。实验中,采用了双向抽运方式,抽运光源为中心波长976nm的LD,LD 1与LD2的最大抽运功率分别为76mW和69mW。由于在线形腔结构中容易产生空间烧孔效应,引起多纵模振荡,所以 光电子#激光 第18卷第7期2007年7月Journal of Optoelectronics#Laser V ol.18N o.7Jul.2007 *收稿日期:2006-08-11修订日期:2006-11-07 *基金项目:国家自然科学基金资助项目(60377021) **E-m ail:w-bo@https://www.doczj.com/doc/1716044008.html,1550nm高功率窄线宽DFB蝶形封装激光器(40-60mw)
窄线宽光纤激光器的应用
窄线宽可调谐半导体激光器的驱动电路
846nm半导体激光器线宽压窄的研究
1550nm高效窄线宽光纤激光器
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