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。

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。

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半导体激光器的线宽1.引言1.1 概述半导体激光器是一种重要的光电子器件，广泛应用于通信、医学、仪器仪表等领域。

而激光的线宽是衡量激光光谱纯度和频率稳定性的重要指标之一。

在半导体激光器中产生的激光不是单一频率的，而是由多个频率组成的光谱。

这个光谱宽度被称为激光的线宽。

一般来说，较窄的线宽代表着更单色和更稳定的激光光源。

半导体激光器的线宽受到多种因素的影响。

首先，半导体材料的本征特性会对激光器的线宽产生影响。

例如，激光器中的电子与空穴之间的相互作用会导致能级的展宽，从而增大激光器的线宽。

其次，激光器的工作状态也会对线宽造成影响。

激光器的线宽可以通过改变工作温度、注入电流等方式进行调节。

一般来说，激光器在较高的温度下工作，其线宽会较宽。

而当激光器工作在阈值以上的电流范围内时，线宽会更宽。

最后，激光器的结构参数也会对线宽产生影响。

例如，激光腔长度的改变可以影响激光的谐振模式，从而影响线宽的大小。

综上所述，半导体激光器的线宽是一个复杂而重要的问题，涉及到材料特性、工作状态和结构参数等多个方面的因素。

了解和控制激光器的线宽对于提高激光器的性能，以及满足不同应用领域对激光器的要求具有重要意义。

在接下来的部分中，本文将从半导体激光器的原理以及线宽影响因素两个方面展开讨论，以期更全面地了解和探究这一问题。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示:本文将按照以下结构来组织讨论半导体激光器的线宽问题。

首先，在引言部分，将对半导体激光器的概念和应用进行简要介绍，并解释本文的目的和意义。

接下来，在正文部分，将详细探讨半导体激光器的原理，包括其工作原理、组成结构和工作模式。

同时，也会分析半导体激光器的线宽受到的影响因素，如材料特性、光学腔结构等。

在结论部分，将对半导体激光器的线宽问题进行总结，并展望半导体激光器线宽研究的未来发展方向。

通过以上结构安排，本文将系统全面地介绍半导体激光器的线宽问题。

读者可以逐步了解半导体激光器的基本原理，并了解其线宽问题。

窄线宽激光器原理
窄线宽激光器（Narrow linewidth laser）是一种具有非常小的
光谱线宽的激光器。

与传统的宽线宽激光器相比，窄线宽激光器的光
谱线宽更窄，能够实现更高的时间解析度和频率分辨率。

这使其在原
子和分子物理学，光学和光纤通信等领域得到广泛应用。

窄线宽激光器的原理是基于光腔增益谱线的非常窄的自然线宽。

这是通过控制激光器腔体内的激光增益介质来实现的。

在窄线宽激光
器中，使用了复杂的反馈机制来维持光腔的稳定性，从而使激光的中
心频率十分稳定。

窄线宽激光器通常使用半导体材料作为激光介质，例如GaAs或InP。

此外，窄线宽激光器还可以利用外部反馈来进一步稳定激光输出
频率。

这种方法使用反馈电路将部分激光输出重新注入到激光器内部，从而消除任何不稳定性并进一步锁定输出频率。

窄线宽激光器在现代科学和工程领域中扮演着重要角色。

它们常
常用于实验室实验，例如在精确测量中使用。

此外，由于其卓越的频
率稳定性，窄线宽激光器在对光纤通信网络的信号传输和接收方面也
发挥着至关重要的作用。

因此，这种激光器仍将继续在未来的许多应
用中扮演重要角色。