光纤光栅外腔半导体激光器波长调谐方法研究

光纤光栅外腔半导体激光器波长调谐 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究 第 &6 卷第 < 期 *’’9 年 ‘ 月 红外与激光 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 InfraredandLaserEngineering NO]&6 N]< T] 9 a47\*’’ 光纤光栅外腔半导体激光器波长调谐方法研究 金 杰 欧阳丽霞 张 妍 李 彬 !!! # 天津大学 电子信息工程学院! 天津 &’(()* $ 摘要% 可调谐光纤光栅外腔半导体激光器+!,-./012 激射波长由光纤光栅布喇格波长决定! 调谐 光纤光栅布喇格波长可以改变激光器的激射波长& 重点介绍采用轴向应力’ 径向应力和温度对光纤光 栅布喇格波长的调谐 布喇格中心波长的偏移与轴向应力 径向应力和温度等变化量均呈极好的线性 "’ 比例关系 且在较大的测量范围内一直保持线性关系 详细说明了光纤光栅外腔半导体激光器采用这 !" 三种方法调谐时的特点’ 适用范围! 并对它们的性能进行了比较! 给出在不同条件下适合的调谐方法" 关键词% 光纤光栅( 调谐( 外腔半导体激光器 中图分类号%34565 文献标识码%7 文章编号%8)55)9:59;<<&)< ’’.’’’.’.’ "#$%&%’()* )+’,’( -%)*./ .0 )*% 0,1%2 (2#),’( %3)%2’#& 4#$,)5 6%,4+4)2 %2 -.’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可以组成一种新型的光纤光栅外腔激光器" 其特点是 ! 引 言 光纤光栅的布喇格中心波长决定器件激射波长" 光纤 光栅折射率的温度稳定性优于半导体材料 且 不必考 !可调谐外腔半导体激光器具有线宽窄! 波 长 调 谐 虑载流子注入引起折射率变化 因而 对啁啾具有强的 !范围宽等特点 近年来一直受到人们的关注 普通 !"!"抑制作用 普通 # 管芯比 % 结构价格低 而且可 "!"$!!# 激光器 的 管 芯 ! 经 腔 面 增 透 与 光 纤 光 栅 尾 纤 耦 合 ! 收 稿 日 期 % 6 修 订 日 期 %6 8 8 *..**(*..’’’‘’’’’ 基 金 项 目b 天 津 市 重 点 自 然 科 学 基 金 项 目 + &&588 $ ( 天 津 市 国 际 合 作 项 目 + &&588 8 $ ’‘’’’‘’’-’’,.’ 以对芯片和外腔分别进行优化选择 易于实现 波长的 !#% - ,!#&$0$%&$0$!)!’)!’ * * (((#$% % 准确控制" #&% #% #% !’轴向应力# 径向应力# 温度# 弯曲都能改变光 式中$% 为光纤光栅的应变量 可用 #%1% 表示 %% 为 光 !纤光 栅布喇格中心波长 针对轴向应力# 径向应力 和 "栅的长度%#% 为纵向伸缩量" 从公式中可以看出调谐 温 度 三 种 改 变 布 喇 格 中 心 波 长 的 方 法 进 行 了 比 较 分 范围的大小正比于伸缩量而反比于光栅的长度 " $为 * 有效光弹性常量 定义为$ !析 在不同的条件下寻求最好的调谐方法" ! & ! *++$) #$0& &$/$’%,- ’ *$&$$$&! 光纤光栅布喇格中心波长调谐的基本原理 & 式中$$和 $为光弹性 张 量 的 2345*6 系 数 %& 为 泊 松 $$ $& 布 喇 格 光 纤 光 栅 的 中 心 波 长 由 其 周 期 和 纤 芯 的比 " 对 于 典 型 的 掺 锗 石 英 光 纤 !$)78$$! !$)78&"& ! $$ $& 有效折射率决定! 而这两个参量会随着外界的 轴向应 &)78$. !!)$8’9& !$)78&&! 将这些数值代入公式,’- 可 *++ * 力 # 径 向 应 力 和 温 度 等 环 境 量 的 改 变 而 改 变 从 而 影 !计算出! 原 始 中 心 波 长 在 $ ""7 : 附 近 的 布 喇 格 光 ;响布喇格中心波长 即通过控制外界条件的变 化可获 !纤光 栅 每发生 $ &% 应变量的形变 其中心波长将向 !!得布喇格中心波长的偏移" 该中心波长的偏移量与轴 0.长波长偏移约 7877$ & 1$7% 应变量" :;向应力# 径向应力和温度等变化量都呈极好的 线性比 例关系! 且在较大的测量范围内一直 保持线性关 系 ! 因 此 可 通 过 轴 向 应 力 # 径 向 应 力 和 温 度 实 现 波 长 调 # 径向应力对布喇格中心波长的影响 #"% 谐" 光纤光栅的布喇格中心波长为$ 对 布 喇 格 光 纤 光 栅 施 加 径 向 应 力 ’ 的 情 况 如 图 #<% $ " 所示,$- )&!!" (*++ 式 中 $为 布 喇 格 中 心 波 长 %为 纤 芯 的 有 效 折 射!! *+ + ( ’ 率%" 为光栅周期" 公 式 &$’ 表 明 ! 改 变 光 栅 周 期 和 有 效 折 射 率 均 可 #* #.% 改变布喇格波长" 由轴向应力&" ’ 和温度&# ’ 变化所引起的布喇格中 心波长的偏移为$ 图 $ 对 光 纤 光 栅 施 加 径 向 应 力 =>?$ @AB>A6 CDE*CC ABBC D3 =(F $$!! $ $ ""*++*++/!#"/& "/!###& !)"!"! " ( *++*++ 由径向应力变化所引起的布喇格中心波长的偏$" $" $# $# 移可表示为$ ,&- 由公式&& 可知 控制外界条件的变化 即调整光 $ $ $ $’!! " ! *++ #! (/ #( ,"- )!" "!$( $( !纤光栅的轴向应力# 径向应力和温度等可获得布喇格 *++( 中心波长的偏移" 在单模光纤中 由径向应力 变 化 所 引 起 的 光 纤 直 ! 径 的 变 化 极 小 可 以 忽 略 不 计 而 径 向 应 力 变 化 所 引 !! 轴向应力对布喇格中心波长的影响起的光纤长度的变化为$ " #% & $0&& ’ ( 对 光 纤 光 栅 施 加 轴 向 应 力 ! 使 其 产 生 形 变 ! 导 致 )0 ,.- % ) 光栅周期和有效折射率改变! 从而使布喇格 中心波长 发生偏移" 径向应力变化所引起的纤芯有效折射率的变化为$ 公式&& 等号右边的第一部分代表了轴向应力对 ’ &!’#! *++ *+ +光栅的影响 包括了光栅周期的变化和由于光弹性效 ! ) &$0&& &&$ $ ,<- ’/’$& $$ !& ) *++应所引起的纤芯有效折射率的变化 轴向应力对布喇 ! 式中$ 为光纤的杨氏模量 )"格中心波长的影响可表示为$ 因为 #*1*)#"1" ! 所以公式,<- 可以转化为$ 第 ! 期 # 金 杰 等 光 纤 光 栅 外 腔 半 导 体 激 光 器 波 长 调 谐 方 法 研 究5 !. " " !" $%" " 温度调谐波长变化范围 窄 $ 但 能 实 现 精 密 的 ’ 连 !#$ &( ’! "! # 续 调 谐 $ 而 且 由 于 温 度 能 向 正 负 两 个 方 向 调 节 $ 因 而 公式&’) 可以转化为# 能控制布喇格波长向正 负两个方向移动% ’ % 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 公式-5( ’-"0(’-""($ 轴向应力 ’ 径向应力和温 "$$ "*+ + *++ !"!# "$%" %%% " -) ,."% "" 度引起的光纤光栅布喇格波长偏移可表示为# $ % "#! *++ 由此可得# % % $ *++ #$ / $ " !"$%" #&$ &%%%&L %%#&!," ,,!,"-"%( *++ 8K F "" "% "%8K $ !#$#$-0) #"! !//" $ , !"$%" " !%%,%" $ % % """ / # %# 对 于 原 始 中 心 波 长 在 110 2 附 近 的 布 喇 格 光 " 3式中# 右边第一项为轴向应力引起的光纤光栅 周期的 $5 纤光栅$#$4#! 约为 5!"0234678 % /变化& 第二项为弹光效应引起的纤芯 有效折 射 率 $++ * 的变化&&和 &分 别 为 轴 向 和 径 向 应 变 & 第 三 项 分 别 8K F ! 调节温度获得布喇格中心波长的偏移 为 热 膨 胀 效 应 引 起 的 光 栅 周 期 的 变 化 和 热 光 效 应 引 公 式&%) 中 等 号 右 边 的 第 二 部 分 代 表 了 温 度 对 光 起的有效折射率$ 的变化% *++ 栅的影响 $ 因温度变化而引起的热胀冷缩也 会改变光 栅的周期和纤芯的有效折射率$ 温 度变化对布喇格中 " 三种调谐方法的比较 心波长的影响为# 光 纤 光 栅 外 腔 激 光 器- 见 图 5( 的 光 学 谐 振 腔 在 光 #$#$!%,%"#&&"") //!$ 栅和 本 征 激 光 器 外 端 面 之 间 $ 主 要 有 三 部 分 组 成 #MN 式 中 #%# !"4! " !"!4"& " $ 为 光 纤 的 热 膨 胀 系 数 $ 掺 锗 !芯片 空气间隙 由于光纤与芯片耦合方 式的不同$ 有 ’! $:石 英 光 纤 约 为 09110&%# 4$ $ 4& $ 为 热$!"!""!"""些激光器没有这一部分" 和光栅 前端的光纤部分 % 由 $*+ +*++ 于光纤光栅极窄的滤波 特性$ 激光器工作波长将控 制 $:光效应系数$ 掺锗石英光纤近似为’ 9:!"0% 由此 可 在光栅的布喇 格反射峰带宽内$ 因此通过调谐光纤 光 见 $ 在 温 度 变 化 的 影 响 中 $ 因 纤 芯 有 效 折 射 率 变 化 而 栅的布喇格波长可以得到波长可控的激光输出% 引起的布喇格中心波长的漂移占 主导地位$ 漂移的幅 度与温度的起伏幅度呈线性关系! 见图 % " % 将以上 数 值 代 入 公 式 !"" " 可 知 $ 原 始 中 心 波 长 在 " 110 23 附 ’’’ " % 5 $( ) 32 ! $ # 图 5 光 纤 光 栅 外 腔 半 导 体 激 光 器 模 型 <=9 5 BO* ? B + P$QRM ;6;/ 如 上 所 述 $ 轴 向 应 力 径 向 应 力 温 度 的 改 变 都 ’’#&!" 能 使光纤光栅布喇格中心波长发生改变$ 进而 实现光 图 % 温 度 变 化 对 光 纤 光 栅 布 喇 格 波 长 的 影 响 纤光栅外腔半导体激光器的调谐% 波长在 "110 23 的 <=9% >2+?@*2A* B+ CD * C*E*F8C@*F G8F8% >%?3@6? ’)+/215/:;/,-., %&’"! ()$*&+,-). )/ 012 01+22 3&4252.601 07.,.6 7A6=&/8B8 73%6? 8:%C !D6=>:? EF>6= C=/7%>C E/F=>@/76? :% / D6 =>:?>@ 2018- &0 "## 920+&5 &4252601 $)!$.3.!@==3C76? <>8@>% EG>73=6 )(9 0 :/:’ K$$K0 MNOPQL# RQL9 !I/=/&676=< +G>/8 <7=6<< /?>/8 <7=6<< J6&D6=/73=6 ‘ R!R!# 9K#$ "cA>E 7E :’K( S5TU 5/% !V>%C0 WU SA6%C !&/:0X*+ -3/%C !V>:%C9 *%E386%@6 :E #!9N" #$ R! " #$ %&b_/ !IRZ%&b #Y/;686%C7A %&b#$" 7A6 76&D6=/73=6 ;/=>/7:>% :% 7A6 8/<>%C Y/;686%C7A :E 7A6 EF>6= # %& E a <7=/>% :\-C=/7%>C 6G76=%/8 @/;>B7 <6&>@:%?3@7:= 8/<6= ’)(9 M 周 Y686%C7A /;^9 #&Ma! !!\-!!!9! _I/ 4A/%C6 N! # 寒 青0 吴 正 茂0 夏 光 琼9 温 度 变 化 对 光 纤 光 栅 外 腔 半 导 体 激 光 器 E 7< 8 6%C7A # @&O 激 射 波 长 的 影 响9 OK0$$!0 M"OPZ"RZZ9 ( S5+ W6> !C%C0 T X> !B>0H 6 !]3%0 67 8 9 1> %6= ’!,-/[,-/:\,-[//对光纤光栅施加径向应力时" 由于光 栅 外 包 保 护 EF>=6!C=/7%>C!7BD6 <6%<>%C 73%6? FB / DD8B>%C 7:=<>:% <7=6<<’)(9 装置" 压力通过保护装置施加到光栅上! 调谐范围窄" 对于原始中心波长在# ""$ %& 附 近 的 布 喇 格 光 纤 光 0K$$$0 MK$ OP#Z^ZR#Z^^9 栅" 要达到 # %& 的调谐范围" 压力需变化 !$$ 多兆帕 ’L( _T‘H. W W9 W>?6 =/%C6 Y/;686%C7A 73%>%C :E EF>6= a=/CC 斯卡 实现比较困难 因此该方式多应用于传感器中! "! C=/7%>C<’4(bb 同样" 施加径向应力时波长也只能向长波长一 个方向 " #QQL " P#LZR#LN9 移动! ’"( 1UT 5:%C !]>%C9 5>CA 6Y>?7A <6&>@:%?3@7:= M罗 洪 8/<6= Y>A7 6G76=%/8 @/;>B7 ’)(9 静 9 高 速 窄 线 宽 外 腔 半 导 体 激 光 器 9 采用温度调谐法时" 光栅置于温 度 调 节 器 中 " 但 OK0$$0 MO P!! #Z"R#ZN9 激 光 器 的 其 余 部 分 要 置 于 恒 温 箱 中 " 温 度 升 高 " 波 长 向长波长移动! 该方法调谐范围窄" 但能实现精密的# ’Z( 1*, 4 50 1* 23% 0 +U + + 0 67 /89 c7=/>% !>%?3@6? 7A6=&/8B8 连续调谐" 能控制布喇格波长向正# 负两个方向移动! 73%6? 8:%C !D6=>:? EF>6= C=/7%>C< E/F=>@/76? :% / D6=>:?>@/8B8 光 纤 光 栅 可 调 谐 外 腔 半 导 体 激 光 器 最 常 用 的 是 @:==3C/76? <3F<7=/76 ’)(9 0K$$L0 MNO P 轴向应力和温度两种波长调谐方式! 轴向应力调谐法 #^#^R#^KN9 调 谐 范 围 宽 # 结 构 简 单 " 适 用 于 要 求 宽 调 谐 范 围 的 场 ’N( 5U SA/: !B/%C0I+, SA6% !Y30S5+,- a>% 067 /8 91>%6Y>?7A <73?B 合 温度调谐范围窄 但精度高 可向正# 负 两个方向 !"":E 8/<6= ?>:?6 Y>A7 EF>6= F=/CC C=/7%>C 6G76=%/8 @/;>B7 E=:& ?68/B6? 调谐" 适用于对调谐精度 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 高的 场合! 也可以将二 <68E !A676=:?B%6 &67A:? ’)(9 M胡 朝 者 结 合 起 来 同 时 实 现 轴 向 应 力 和 温 度 调 谐 以 满 足 ""阳0 潘 珍 吾 0 张 斌 0 等 9 利 用 全 光 纤 自 外 差 系 统 研 究 光 纤 光 栅 半 导 更高的要求 !OK0$$$ 0 M#O LPZRL^9 体 激 光 器 的 线 宽 9 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!% 上接第 L#^ 页& $ #ZZQNR#ZN#9 7>% )(9 0 !:’" #QQN0 #QQL0 MKOPKL!RK"!9 N( W+ 5%C !V> S5+T !G>%C W+ 1> !dA> $ 6 7=>68 ’,-:" -/: /",-;/‘ /8C:=>A7& E:= 8/%? <3=E/@6 76&D6=/73=6 /%? 6E6E@7 :E /7&:@ ’Q( W*-,H‘T, ) I04+1eHJ ) 40IH11+‘*, J 067 /8 9 ‘6 7=>6;>%C @==6@7>% )(9 * ::’M 汪 宏 七 " 赵 高 祥 " 王 立 志 $ %6= <3=E@6 <> 8 &><73=6 E=& &>@=Y6 =?>&67=>@ F<6= ! //::::/;/::;/ O " ! 陆 面 温 度 的 反 演 算 法 和 大 气 订 正 的 影 响$ 7:>%

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