基于MOPA结构的高功率半导体脉冲激光器的研究

发布时间：2021-08-04 23:26

　　超短脉冲激光器具有短的脉冲持续时间、高重复频率、高峰值功率等特点,在科研、工业、通讯、医学等领域有着重要的应用,对人类社会的进步有着巨大的贡献。其相关研究一直备受关注,半导体脉冲激光器因为其具有体积小、寿命长、重量轻、转换效率高、波长丰富、价格便宜等一系列优点而成为超短脉冲源的研究热点。本论文主要围绕基于主振荡器-功率放大器（MOPA）结构的半导体脉冲激光系统的高功率和超短脉冲持续时间输出这一关键科学问题,开展了外腔锥形锁模半导体激光器的谐波锁模操作、半导体光放大器中放大的自发辐射的抑制和利用双通光栅压缩器实现飞秒光脉冲输出的研究,研究内容和取得的创新性成果如下:（1）设计并制备了一种波导侧壁具有锯齿结构的外腔锥形锁模激光器。该激光器可以实现谐波锁模操作。利用软件对不同的锯齿结构的反射率进行了模拟计算,并确定了最优的锯齿结构。实验上观察到稳定的三阶谐波锁模的皮秒脉冲序列。分析了系统的工作原理,在重复频率412 MHz时,脉冲宽度3.9 ps,单脉冲能量59 pJ。（2）针对放大器中放大的自发辐射问题,提出了在波导侧壁制备锯齿结构的方法来抑制放大的自发辐射。研究了锥形半导体光放大器中不同... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省

【文章页数】：129 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

GaInN-LD器件外腔结构示意图

第一章引言5图1.2GaN基蝴蝶结半导体激光器的结构[23]Figure1.2StructureofGaN-basedbow-tieSP-LD[23]为了进一步提高光脉冲输出功率，主振荡器-功率放大器(MOPA)结构是一种非常有效的方式。2010年，RintaroKoda等人报道了[25]，采用外腔结构的被动锁模激光二极管（MLLD）和具有喇叭波导结构的半导体光放大器(SOA)构成MOPA系统，结构如图1.5。从MLLD中产生无子脉冲成分的干净光脉冲，以及通过采用倾斜的喇叭波导结构减少SOA中放大的自发辐射，使得光脉冲有效放大，在1GHz重复频率下产生持续时间为3ps和超过100W峰值功率的单横模光脉冲。2012年，RintaroKoda等人[26]通过使用降低半导体光放大器光限制因子的方法，使得锁模半导体激光器的输出光脉冲被有效放大，在1GHz重复频率下，产生峰值功率大于300W的皮秒光脉冲。

第一章引言图1.3增益电流为365mA，反向偏压为18V，波长为403.5nm的GaInN-MLLD中光脉冲的强度自相关轨迹。虚线表示拟合自相关跟踪的高斯函数。插图显示了相应的光谱[24]Figure1.3IntensityautocorrelationtraceofopticalpulsesfromtheGaInNMLLDincorporatingaflaredwaveguideforagaincurrentof365mAandareversebiasof18Vat403.5nm.ThedashedlineshowsaGaussianfunctionfittedtotheautocorrelationtrace.Theinsetshowsthecorrespondingopticalspectrum[24].图1.4在最佳反向偏压（VSA）下，，采用扩口和直波导的GaInN-MLLDs产生的光脉冲的平均功率随增益电流（Ig）的变换曲线[24]Figure1.4AveragepowersofopticalpulsesgeneratedbyGaInNMLLDsincorporatingtheflaredandstraightwaveguidesasafunctionofgaincurrent(Ig)atoptimizedreversebiasvoltage(VSA)[24].6


本文编号：3322597