846nm半导体激光器线宽压窄的研究

窄线宽激光器技术及进展(特邀)朱涛;党来杨;李嘉丽;兰天意;黄礼刚;史磊磊【期刊名称】《光子学报》【年(卷),期】2022(51)8【摘要】窄线宽激光器具有极高的光谱纯度、极大的峰值谱密度、超长的相干长度和极低的相位噪声,因而作为核心光源在引力波探测、光学时钟、冷原子物理、相干光通信、光学精密测量以及微波光子信号处理等领域中具有重要应用。

激光及应用研究的深入开展,对激光器的综合参数性能提出了更高的要求,窄线宽激光器正沿着线宽超窄、时频超稳、波长可调和波长可扫等方向发展。

立足激光腔内自发辐射与受激辐射的互作用原理,对激光腔的架构进行深入研究是目前实现窄线宽激光参数极致调控的重要研究思路之一。

为了抑制自发辐射对受激辐射能量的扰动,激光自发明以来,逐渐发展了主腔激光、固定外腔反馈激光和自适应分布反馈激光等构型的激光器。

其中,基于自适应分布反馈的激光架构主要是基于分布反馈对主激光腔内自发辐射的时空随机微扰进行深度抑制,达到对激光线宽进行波长自适应压缩的目的。

本文首先介绍了窄线宽激光器的应用需求与架构演化脉络,随后介绍了主腔激光和固定外腔反馈激光的研究进展。

然后重点介绍了新近发展的自适应分布反馈窄线宽激光器,对该类新型激光器的物理思想、核心器件和系统性能进行了分析和讨论。

最后以分布式光纤传感、激光相干通信以及片上光信息处理作为典型应用领域介绍了窄线宽激光器的潜在应用,并展望了窄线宽激光器的发展前景和未来趋势。

【总页数】21页(P55-75)【作者】朱涛;党来杨;李嘉丽;兰天意;黄礼刚;史磊磊【作者单位】重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】O432.11【相关文献】1.窄线宽光纤激光器线宽测量的研究进展2.698nm窄线宽激光器研究进展3.超窄线宽激光器研究取得重大进展4.高功率窄线宽光纤激光器的研究进展5.窄线宽光纤激光器进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

1550nm 高功率窄线宽光纤放大器实验研究杜伟敏,伍 波,侯天晋,周鼎富(西南技术物理研究所激光工程部,成都 610041)提要:研制了1550nm 高功率窄线宽光纤放大器。

实验中以单频窄线宽半导体激光器为信号源,15m 长Er 3+/Yb 3+共掺双包层光纤为增益介质,抽运源采用两支980nm 波长大功率激光二极管,抽运阈值功率约0.6W,在抽运功率为10W 时,得到放大输出功率为1.1W,光一光转换效率为11%,斜率效率为11.7%,增益大于20dB 。

采用延迟自外差法测量了种子激光放大前后的线宽,测量得到线宽均为220kHz 。

信号激光通过光纤放大器后对其窄线宽特性没有影响。

关键词:窄线宽;单频;光纤放大器;自外差中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2009)02-0028-02Experimental study on 1550nm high efficient narrow line width fiber amplifierDU Wei-min,WU Bo,HO U Tian-jin,Z HOU Di ng-fu(Southwest Institute of Technical Physics,Laser department,Chengdu 610041)Abs tract:A 1550nm hi gh efficient narrow line width fiber ampli fier was demons trated.In the experi ment,a single frequency narrow li ne width se miconductor las er was us ed as signal s ource,and a section of 15m Er 3+/Yb 3+co-doped double-clad fiber pumped by two hi gh power 980nm LD was used as gain medium.The fiber laser e xhibited a threshold of 0.6W,the output power of 1.1W was obtained upon the maximmn 10W pump power.The c onversion efficiency and slope efficiency reached 11%and 11.7%res pecti vely,and a gain of more than 20dB was obtained.The line width of laser was meas ured by the delayed self-hetero -dyne method wi th 10km si ngle mode fi ber.The res ult of 220kHz s howed that the fi ber a mpli fier did not affect obviously the li ne width of si ngle las er.K ey words :narrow li ne width;single frequency;fiber amplifier;self-heterodyne收稿日期:2009-01-02作者简介:杜伟敏(1982-),女,硕士研究生,主要从事光纤放大器的研究。

反射式体光栅压窄线宽锁波长785nm激光器的使用作者：王艳丽来源：《科技传播》2018年第08期摘要本文通过体光栅作为外腔反馈，实现线宽40dB。

在经过聚焦透镜，耦合到光纤里面，实现光纤耦合输出。

这款小型化激光器提供内置TEC，可保证在-20℃-50℃环境温度下正常工作，且该激光器蝶形封装可提供三种结构选择：自由空间、光纤耦合及模组。

更为突出的优点是，激光器可靠性很高，寿命达20 000h以上。

关键词 LD；反射式体光栅RBG；压窄线宽；锁波长中图分类号 O47 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）209-0093-03一般来说，半导体激光器（Laser Diode 简称LD）由于光谱宽，波长随电流和温度都比较敏感，改善半导体激光器的光束特性通常使用光子注入锁定和外腔反馈技术两种。

外腔反馈常用通常采用标准具、光纤光栅、闪耀光栅等光学元件进行选模。

当采用标准具作为选模元件时，单个标准具存在周期性的通带，往往由于二极管激光器的增益谱线很宽，再加上标准具的厚度不能做到很薄，（例如厚度为0.27nm的标准具的FSR大概在0.8nm左右，厚度为0.27mm的标准具制作上工艺上也很有难度），所以一般情况下会选定很多分立的发射波长，一般需要两个或多个标准具由不同自由光谱区不互相重叠实现窄线宽的输出，这样工艺较为复杂，且锁波效果不理想；采用薄膜滤光片也可以实现单个通带输出，但由于镀膜工艺的限制压窄线宽输出往往不理想，通带的半高宽较大而不能满足实际需求；利用闪耀光栅的1级衍射来实现窄线宽的输出，闪耀光栅的缺点就是效率比较低，且大功率下光栅容易发生变形而导致效率降低。

另外就是直接DFB半导体激光器和DBR半导体激光器，尽管这两种激光器可以做到比较窄的线宽，因为光栅直接在半导体激光器的腔体内，生长工艺复杂，且功率相对低，目前的成本总体很高。

本文采用光纤和柱透镜作为准直光斑光学元件，利用反射式体光栅作为外腔反馈的共同作用来压窄线宽，工艺简单，损耗低，成本相对较低，并容易实现长期稳定的窄线宽的激光输出。

第02期2020年01月No.02January，2020三色激光显示以其高亮度、广色域、高饱和度和长寿命等优点被称为下一代显示技术，并已进入产业化阶段。

三色激光显示使用的是半导体激光器，无法避免激光散斑对其画质造成的影响，因此散斑抑制成为三色激光显示行业技术发展的关键。

激光散斑是由于激光的高相干性而在激光光斑中出现高对比度但尺寸细微的颗粒状图样[1]。

散斑实际上是干涉条纹，激光投影显示系统中的散斑是由屏幕表面和探测器（人眼或CCD ）等散射的相干光相互干涉而形成的[2]。

不同课题组及公司已针对散斑问题进行了大量的研究和实验，并提出多种方法来消除散斑，基本可分为动态消散和静态消散两个种类。

目前较为成熟的动态消散技术包括在光路中加入扫描漫射体[3]、旋转散射片[4-5]以及引入运动屏幕[6]等。

而常用的静态消散斑技术包括利用偏振多样性、波长多样性、基于米式散射[7]以及在光路中引入衍射光学元件（Diffraction Optical Elements ，DOE ）[8]等方案。

静态消散的方式无机械振动，有利于小型化以及系统的稳定，但消散能力有限；动态消散的方式虽然能够实现较好的消散效果，但是增加了系统结构的复杂度、成本以及不稳定性[9]。

理论和实验研究表明，光反馈可以压窄或展宽半导体激光器的光谱线宽，光反馈技术可以调谐半导体激光器的相干长度，依照这一理论，通过光反馈技术可以改变半导体激光器的时间相干性，进而改变散斑的状态。

若此技术得到验证和应用，可从根本上改善散斑状态。

文章将用实验验证光反馈技术改善散斑的效果，并对其机理进行分析和讨论。

1 光反馈试验装置和原理说明1.1 散斑评价方法散斑对比度C 是定量分析散斑图样常用的方法，其表达式如（1）所示：1C Iσ=（1）其中，σ1为光强的标准分布，I 为光强的平均值。

当散斑对比度C 小于0.04时，人眼将无法分辨出散斑，正确的测量散斑及获得散斑图样是计算对比度的基础。

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]。

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。