分布式布拉格反射激光器 Distributed Bragg reflector lasers

2022-12-09 10:28:05 浏览:525

定义

包含分布式布拉格反射器作为端镜的激光器。

分布式布拉格反射器激光器是一种激光器,其中激光谐振器在增益介质(有源区域)之外至少有一个分布式布拉格反射器(DBR)制成。 DBR是布拉格镜,即基于周期结构的布拉格反射的光反射装置(镜子)。 在大多数情况下,布拉格镜更具体地说是四分之一波镜,为给定的层数提供最大的反射量。

DBR型激光器通常是激光二极管,但该术语有时也用于包含光纤布拉格光栅的光纤激光器。 下面介绍了这两种激光类型。 大多数固态体激光器实际上也使用激光反射镜,即布拉格反射镜;然而,这种激光器不被称为DBR激光器。

DBR激光器与分布式反馈激光器不同,后者将整个活性介质嵌入在单个分布式反射器结构中。

DBR 激光二极管

DBR 半导体激光管包含一些波纹波导结构(光栅部分),提供与波长相关的反馈以定义发射波长。 激光波导的另一部分充当放大介质(有源区域),谐振器的另一端可能具有另一个DBR。

DBR 半导体激光管通常是具有衍射限制输出的单频激光器,并且通常是波长可调谐(→可调激光器)。 激光谐振器自由光谱范围内的调谐可以通过单独的相位部分来完成,例如可以电加热,或者简单地通过驱动电流改变增益区域的温度。 如果整个器件的温度发生变化,则波长响应明显小于普通单模半导体激光管,因为光栅的反射带偏移小于增益最大值。 也可以完成电光调谐。 通过协调调谐布拉格光栅和增益结构,可以在较大的波长区域实现无跳模调谐。

有更复杂的器件设计,利用一种带有采样光栅(SG-DBR激光器)的游标效应,提供宽至40nm的调谐范围,尽管并非没有模跃点。

DBR二极管的线宽通常为几兆赫兹。 由于激光谐振器相对较短,因此它比外腔二极管激光器大。

有MOPA结构,其中附加的放大器部分(半导体光放大器)放置在相同的半导体芯片上。 然后,实际的DBR激光器是种子激光器。 此类器件可实现远高于 100 mW 的输出功率。 也可以使用广域激光二极管在其谐振器内具有表面布拉格光栅的广域激光二极管直接产生高功率(> 10 W)[10]。 然后,发射可能不再处于单一模式,但仍具有相对较小的带宽。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)实际上也是分布式布拉格反射激光器,尽管术语“DBR激光二极管”通常用于边缘发射半导体激光器。

DBR 激光二极管的应用包括光纤通信、自由空间光通信、激光冷却、光学计量和传感器以及高分辨率激光光谱。 DBR激光器实际上与外腔二极管激光器(ECDL)竞争,后者还提供波长可调的单频输出,具有更好的性能,例如在噪声方面,但也需要更复杂的设置。 包含DBR激光阵列的芯片可以作为非常紧凑的光源,用于波分复用系统。

DBR 光纤激光器

分布式布拉格反射激光器 Distributed Bragg reflector lasers

图1:用于窄线宽发射的短 DBR 光纤激光器。

DBR型光纤激光器通常具有线性激光谐振器,该谐振器由两个光纤布拉格光栅之间的有源(稀土掺杂)光纤形成。 与光纤DFB激光器相比,DFB激光器由具有激光增益的光纤中的单个光栅组成,DBR光纤激光器具有更长的激光谐振器,因此具有更高的输出功率,更高的功率效率和更窄的线宽的潜力。 另一方面,这也可能导致单频操作的鲁棒性降低,或者发射带宽相应更大的多模操作。 单频 DBR 光纤激光器提供与 DBR 半导体激光管相似的输出功率:数十毫瓦或有时> 100 mW。

如 DBR 半导体激光管一节中所述,采样光栅设计也可用于 DBR 光纤激光器。 可实现的调谐范围也可以具有数十纳米的宽度。

参考文献

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[3] G. A. Ball et al., “Modeling of short, single-frequency, fiber lasers in high-gain fiber”, IEEE Photon. Technol. Lett. 5 (6), 649 (1993), doi:10.1109/68.219698
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[8] R. Todt et al., “Sampled grating tunable twin-guide laser diodes with over 40-nm electronic tuning range”, IEEE Photon. Technol. Lett. 17 (12), 2514 (2005), doi:10.1109/LPT.2005.859155
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激光物理

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