1 上海航天控制技术研究所，上海 201109
2 中国科学院上海光学精密机械研究所， 上海 201800
为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出，进而获得窄线宽的高频微波信号，设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出，采用200 m长单模光纤作为增益介质，同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构，采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构，利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择，使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明：通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生，线宽为38 kHz；通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长，可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐；通过稳定性测试，产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内，峰值功率变化在±0.8 dB内，稳定性良好，满足实际应用需求。
光纤光学 高频微波信号 级联光纤环 萨格纳克环 fiber optics high frequency microwave signal cascaded fiber ring Sagnac ring 红外与激光工程
2021, 50(10): 20210074
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
为了研究温升对915 nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性的影响, 搭建了基于半导体制冷片(TEC)的双向温控平台对其进行了测试。首先, 改变激光器的外表面温度, 测量其在不同注入电流时的光功率和波长, 并利用CCD相机测量其慢轴发散角。然后, 利用计算机仿真软件对激光器的工作状态进行稳态模拟, 从而获得了其对应的热分布情况, 通过将模拟得到的数据与实验测量的结果进行比较, 获得了两者趋于一致的结论: 当热功率从2.1 W升高至20.0 W时, 慢轴发散角从2.6°增大至5.0°, 同时波长发生红移, 热透镜焦距减小; 激光器波长随温度变化关系的系数约为0.4 nm/℃, 器件热阻为1.5 K/W。因此, 为了同时获得高的输出功率和稳定的输出波长,有必要将激光器外表面温度精确控制在某一数值, 否则波长将会发生漂移; 此外, 在设计制作高功率半导体激光器时, 通过适当增加条宽并采用散热良好的封装结构, 可以减小对慢轴发散角的影响。
半导体激光器 热透镜 热分析 慢轴发散角 semiconductor laser thermal lens thermal analysis slow axis divergence angle
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
采用反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成红光外腔半导体激光器, 对器件输出光特性进行了实验研究。重点研究了体布拉格光栅的位置对红光外腔半导体激光器远场特性的影响。实验结果表明, 减小体布拉格光栅与激光器芯片之间的距离可提高激光器的锁模效果, 窄化光谱, 并且改善慢轴方向的光束发散角。使用衍射效率为20％的体布拉格光栅, 可将半导体激光器的输出波长稳定锁定在634 nm附近, 光谱线宽压缩至0.7 nm左右, 输出功率可达1.06 W。
激光器 半导体激光器 体布拉格光栅 光谱 laser semiconductor laser volume-Bragg-grating spectrum
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室， 吉林 长春 130022
为了有效降低GaAs表面态密度，获得稳定的高性能钝化膜，使用联氨溶液钝化GaAs(100)表面。通过光致发光对联氨溶液浓度、Na2S浓度和钝化时间进行了优化。联氨溶液钝化后GaAs样品的PL比未处理的增加了1.22倍。采用X射线光电子能谱和原子力显微镜分析了联氨溶液钝化前后GaAs的表面成分和形貌。结果表明，联氨溶液钝化GaAs表面可以有效地去除表面氧化物，形成均匀、平整的GaN钝化层。通过表面稳定性测试发现，钝化后的GaAs表面在空气中放置数天，光致发光强度未见明显的退化(30 d内PL强度降低7%)，说明钝化后GaAs表面的稳定性良好。
联氨 钝化 光致发光 hydrazine GaAs GaAs passivation photoluminescence GaN GaN
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
为了提高976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量, 基于严格的二阶矩理论搭建了一套适用于高功率半导体激光器的光束质量检测装置。利用该装置测量了实验室研制的976 nm宽条形高功率半导体激光器在1～10 A工作电流下的束腰位置、束腰尺寸和远场发散角。实验结果表明, 随着电流从1 A增加到10 A, 快轴方向束宽及远场发散角由于反导引效应有微小增加, 但由于垂直方向较强的折射率导引机制使得光束参数变化很小, 光束质量因子M2仅从1.32增加到1.48, 光束质量基本不变。慢轴方向由于反导引效应及热透镜效应而导致高阶模式激射, 使得束宽及远场发散角随工作电流增加逐渐增大, 光束质量因子M2从5.44增加到11.76, 光束质量逐渐变差。傍轴光束定义及非傍轴光束定义下的光束质量因子测试结果表明, 在快轴方向, 两者差别较大, 不能使用傍轴光束定义近似计算; 在慢轴方向, 两者近似相等, 可以使用傍轴光束定义近似计算。
半导体激光器 一般激光理论 激光器 semiconductor laser general laser theory lasers
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
模拟分析了大功率半导体激光器的稳态温度场, 通过温度场计算半导体激光器的热透镜焦距及其对慢轴发散角的变化量, 并获得半导体激光器的热功率及其关系。分析表明, 相同条件下热功率与热透镜焦距近似为反比关系, 与慢轴光束发散角近似为线性关系。当热功率达到10 W时, 热透镜焦距为568 μm, 慢轴发散角增加约10°。实验测量了不同工作电流条件下激光器的慢轴发散角, 结果显示模拟值与实验值基本一致。
激光器 半导体激光器 热透镜 热分析 慢轴发散角 中国激光
2018, 45(10): 1005004
1 兰州理工大学理学院, 甘肃 兰州 730050
2 中国电子信息产业集团有限公司, 北京 100846
色散和激光器频率偏移能够对使用交错正交幅度调制格式的相干光滤波器组多载波(CO-FBMC/OQAM)系统产生严重影响。针对这个问题,重点研究了该系统的基于训练序列的信道和载波频率偏移联合估计及补偿方法。详细分析了CO-FBMC/OQAM系统的信道传输模型,对训练序列的结构进行了设计和优化,抑制了固有虚部干扰(IMI)的影响。为了消除信道噪声对估计过程的干扰,提出了基于不同帧之间频域平均的估计方法。该方法将实值导频的交叉关联函数在不同帧之间进行频域平均,取其相位后获得载波频率偏移估计值。信道响应也在不同帧之间进行频域平均后得到最终估计值。搭建了CO-FBMC/OQAM系统的数值仿真平台,并研究了激光器频率偏移不同时,经过1500 km标准单模光纤传输后系统的误差幅度矢量和误码率。数值仿真结果表明:不管是在背靠背场景下,还是在1500 km光纤传输后,该方法都能够抑制色散和激光器频率偏移的影响,有效提升系统的传输性能。
光纤通信 滤波器组多载波调制 交错正交幅度调制 激光器频率偏移 相干光传输系统
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
在半导体激光器芯片与热沉的焊接过程中不可避免地会在焊料层产生一些空洞,而空洞会在铟的电迁移以及电热迁移作用下慢慢变大,使芯片局部温度迅速上升, 进而影响半导体激光器的性能。针对10 W的808 nm单管焊装半导体激光器建立三维有限元模型, 分别模拟计算了空洞面积、空洞厚度和空洞位置与结温的关系。芯片出光面边缘的有源区区域形成的空洞对芯片的结温影响更为显著, 最后得到空洞面积与器件结温的关系, 并表明对空洞率控制的重要性。
热特性 空洞 有限元 结温 thermal characteristics voids finite element junction temperature
长春理工大学, 高功率半导体激光国家重点实验室， 吉林 长春 130022
为了快捷而有效地检测半导体激光器的封装应力，设计了一种通过检测激光器巴条各个单元偏振度揭示出其封装应力分布的实验方法。实验测试半导体激光器巴条的各项参数，并利用有限元软件模拟，通过半导体能带与应力理论，说明偏振度与封装应力的影响关系。实验表明，巴条个别发光单元的偏振度较低、阈值电流较高是由于封装应力较大。通过计算，封装应力为141.92 MPa，偏振等效应力最大为26.73 MPa。实验器件在阈值以下的偏振度较好地反映了封装应力的分布趋势。利用阈值电流以下测量器件偏振度，可以为选择热沉及焊料材料、焊接工艺参数的改进等方面提供一个较为快捷而有效的检测方法。
巴条 偏振度 封装应力 偏振等效应力 laser bar polarization packaging induced stress polarization equivalent stress
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春130022
应用ZEMAX软件设计出高亮度大功率光纤耦合模块。采用16支输出功率12 W的单偏振态单边发射半导体激光器, 耦合进芯径100 μm、数值孔径0.22的光纤中。模块输出功率达到189.4 W, 耦合效率达到98.6%, 亮度达到94.66 MW/cm2-str。通过SolidWorks软件优化得到新热沉结构, 应用ANSYS软件进行热分析, 结果表明新热沉结构最高温度为42.4 ℃, 相比优化前温度降低1 ℃以上, 得到良好散热结构模型。
高亮度 耦合 温度 ZEMAX ZEMAX high brightness coupling temperature ANSYS ANSYS
