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光纤布拉格光栅长外腔反馈半导体激光器特性研究

张云豪 刘奎 郜江瑞 王军民

张云豪, 刘奎, 郜江瑞, 王军民. 光纤布拉格光栅长外腔反馈半导体激光器特性研究[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2024-0016
引用本文: 张云豪, 刘奎, 郜江瑞, 王军民. 光纤布拉格光栅长外腔反馈半导体激光器特性研究[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2024-0016
ZHANG Yun-hao, LIU Kui, GAO Jiang-rui, WANG Jun-min. Investigation of characteristics of a DFB laser diode with feedback from a fiber Bragg grating based long external cavity[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2024-0016
Citation: ZHANG Yun-hao, LIU Kui, GAO Jiang-rui, WANG Jun-min. Investigation of characteristics of a DFB laser diode with feedback from a fiber Bragg grating based long external cavity[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2024-0016

光纤布拉格光栅长外腔反馈半导体激光器特性研究

doi: 10.37188/CO.2024-0016
基金项目: 国家自然科学基金项目(No. 11974226)
详细信息
    作者简介:

    张云豪(1997—),男,山西省长子县人,2019年本科毕业于太原师范学院,现为山西大学光学专业硕博连读研究生,主要从事激光技术、量子精密测量方面的研究。E-mail:202312607033@email.sxu.edu.cn

    王军民(1967—),山西省河曲县人,山西大学光电研究所和量子光学与光量子器件国家重点实验室二级教授、博士生导师。1992年6月在山西大学光学专业获理学硕士学位,1999年7月在山西大学光学专业获理学博士学位。目前主要从事量子光学、量子技术、量子精密测量、量子增强光泵原子磁强计、激光技术等方面的研究工作。E-mail:wwjjmm@sxu.edu.cn

  • 中图分类号: O432.1+2

Investigation of characteristics of a DFB laser diode with feedback from a fiber Bragg grating based long external cavity

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 11974226)
More Information
  • 摘要:

    窄线宽激光器是光谱学和精密计量学等实验的基本组成部分。由于半导体激光器对外部光学反馈十分敏感,所以可以利用光反馈的高带宽抑制半导体激光器的相位噪声,进而压窄线宽。于是我们采用光纤布拉格光栅作为反馈元件,搭建了长外腔反馈回路。为了降低了外界环境的温度起伏和气流扰动的影响,我们对反馈光路的光纤控温,使得1小时内最大温度起伏从0.039 °C降低到0.003 °C,并且温度起伏的方差降低了两个数量级。此外我们也测试了反馈带宽对激光线宽的影响,尽管我们实验所用光纤布拉格光栅的带宽远大于自由运转的激光线宽,但我们仍然观察到激光线宽被压窄,且光纤光栅的带宽越小,激光线宽越窄。对于此现象,我们认为在反馈回路中应该存在一种负反馈机制,可以将激光线宽稳定到反馈光谱的某个斜率处,所以光纤光栅的反馈带宽越窄,反馈光谱的斜率越大,反馈越灵敏。另外我们通过在0~1 mW范围内改变光纤光栅的反馈功率,观察到在反射功率0.8 mW时,光反馈将激光线宽从自由运转的100.5 kHz压窄到最窄11.5 kHz,在反射功率1 mW时,0.2 kHz~2 MHz范围内的相位噪声得到了大概22 dB的抑制。

     

  • 图 1  FBG结构和测试示意图

    Figure 1.  Schematic of FBG structure and testing

    图 2  实验光路

    Figure 2.  Schematic of complete laser system with optical feedback

    图 3  光纤是否控温对激光线宽的影响

    Figure 3.  The influence of temperature control on laser linewidth

    图 4  两种条件下两段光纤的温度起伏

    Figure 4.  Temperature fluctuation of two optical fibers under two conditions

    图 5  激光器自由运转的拍频谱

    Figure 5.  The beat spectrum of the laser running freely

    图 6  0.13 nm带宽 FBG的反射功率0.8 mW时的拍频谱

    Figure 6.  The beat spectrum of 0.13 nm bandwidth FBG at 0.8 mW reflected power

    图 7  两个FBG的反射率随波长的变化

    Figure 7.  The reflectance of two FBGs varies with wavelength

    图 8  激光线宽随两个不同带宽的FBG的反射功率的变化(0.130 nm and 0.195 nm)

    Figure 8.  The laser linewidth varies with the reflected power from two FBGs with different bandwidth (0.130 nm and 0.195 nm)

    图 9  相位噪声向强度噪声转化的曲线

    Figure 9.  Phase noise to intensity noise conversion curve

    图 10  激光噪声相对强度的频域分布

    Figure 10.  Frequency domain distribution of laser noise relative intensity

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-15
  • 录用日期:  2024-03-08
  • 网络出版日期:  2024-05-10

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