313分布反馈激光器现代激光器的要求1谱线宽度更窄
半导体分布反馈激光器-DFB
半导体分布反馈激光器半导体分布反馈激光器是采用折射率周期变化的结构实现谐振腔反馈功能的半导体激光器。
这种激光器不仅使半导体激光器的某些性能（如模式、温度系数等）获得改善，而且由于它采用平面工艺，在集成光路中便于与其他元件耦合和集成。
GaAs－GaAlAs分布反馈激光器已实现室温连续工作，阈值3.4×103安/厘米2(320K)。
282K下得到的最大连续输出功率为40毫瓦。
半导体分布反馈激光器- 简介采用折射率周期变化的结构实现谐振腔反馈功能的半导体激光器。
这种激光器不仅使半导体激光器的某些性能（如模式、温度系数等）获得改善，而且由于它采用平面工艺，在集成光路中便于与其他元件耦合和集成。
1970年采用双异质结的GaAs－GaAlAs注入式半导体激光器实现了室温连续工作。
与此同时，贝尔实验室H.利戈尼克等发现在周期结构中可由反向布喇格散射提供反馈，可以代替解理面。
在实验中，最初是把这种结构用于染料激光器，1973年开始用于半导体激光器，1975年GaAs分布反馈激光器已实现室温连续工作。
半导体分布反馈激光器- 原理半导体分布反馈激光器的反馈结构是一种周期结构，反馈靠反向布喇格散射提供（见图）。
为了使正向波与反向波之间发生有效的布喇格耦合,要求光栅周期满足布喇格条件:半导体分布反馈激光器，式中λ0是激射波长,Ng是有效折射率，m＝1、2、3、…(相当于耦合级次)。
对于GaAs材料,一级耦合:Λ＝0.115微米。
在实验中，使用3250埃He－Cd激光和高折射率棱镜(nP=1.539)，已制出Λ＝0.11微米的周期结构（见半导体激光二极管）。
1.结构及工作机理DFB激光器的激光振荡不是靠F—P腔来实现，而是依靠沿纵向等间隔分布的光栅所形成的光耦合，如图2—81所示。
图中光栅的周期为A，称为栅距。
当电流注入激光器后，有源区内电子——空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。
基于TDLAS技术的在线多组分气体浓度检测系统
基于TDLAS技术的在线多组分气体浓度检测系统孙灵芳;于洪【摘要】为了提高环境气体监测精度,降低设备维护成本需求,设计了一种多组分气体同时或近同时在线检测系统.该系统基于TDLAS技术采用DFB可调谐激光测量气体浓度,能够实现760 nm O2和2 326 nm CO混合气体同时在线监测.设计发射单元、接收单元等模块,分析TDLAS可调谐激光检测、PID温度控制、锁相检测原理.结合火电厂烟道氧量浓度测试,对系统进行了验证.实验结果表明:与传统的工业气体测量装置相比,该系统能获得更高的精度、更快的响应速度以及良好的稳定性,适应恶劣环境能力强,具有较好的实用性及可行性.%In order to improve the accuracy of detecting the environmental gas in the industry and satisfy the requirement for reducing the equipment cost,a meanwhile online or nearly meanwhile on-line multi-component gas detection system was designed.Based on TDLAS technology,this system adopted the DFB tunable laser to detect the gas concentration.Moreover,it can also realize the online simultaneous detection of the mixed gas of 760 nm O2 and 2 326 nm CO.This paper designed and analyzed the modules such as transmitting unit and Receiving unit.TDLAS tunable laser detection,PID temperature control and principle of phase lock detection were analyzed.The system was verified through the test of flue oxygen concentration in the thermal power plant.According to the experimental result,comparing with the traditional industrial gas measuring device,this system has higher accuracy and faster response speed and goodstability,and has the strong ability to function in the harsh environment as well as the high applicability and feasibility.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】光谱分析;多组分气体;锁相放大;正弦调制;谐波检测【作者】孙灵芳;于洪【作者单位】东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学节能与测控技术研究中心,吉林吉林 132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TP273可调谐半导体激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)利用分布反馈激光器(DFB)的窄线宽和波长调谐等特性来实现气体分子“指纹区”吸收谱线的扫描和测量,具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快、适应恶劣环境强等优点[1]。
分布反馈光纤激光器(DFB-FL)波长解调方法的研究的开题报告
分布反馈光纤激光器(DFB-FL)波长解调方法的研究的开题报告一、选题背景与意义随着光通信技术的发展，分布反馈光纤激光器(DFB-FL)逐渐成为光通信领域的重要组成部分。
DFB-FL具有窄线宽、单模、高稳定性等优点，被广泛应用于光通信系统中。
同时，DFB-FL波长对于光通信系统的性能也至关重要。
因此，波长解调方法的研究对于DFB-FL的调制和信号传输具有重要意义。
二、研究目的和内容本研究旨在研究DFB-FL波长解调方法，探究其解调原理。
具体内容如下：1. 分析DFB-FL波长的特点和重要性；2. 探究常见的DFB-FL波长解调方法，如腔内特性法、外差法、腔外特性法等；3. 研究DFB-FL波长解调方法的优缺点，并对其性能指标进行评估比较；4. 综合考虑DFB-FL波长解调方法的特点，探讨优化其解调算法和系统实现方法；5. 利用实验方法验证波长解调方法的有效性和可行性。
三、研究意义1. 探究DFB-FL波长解调方法的原理和性能，可以提高光通信系统的可靠性和稳定性，为系统设计提供更加科学的理论基础；2. 通过比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，可以为企业和研究机构选择最适合的解调方法提供参考；3. 优化DFB-FL波长解调方法的算法和系统实现方法，可以提高解调效率和准确度，为光通信系统的应用提供更好的技术支持。
四、研究方法和过程本研究采用的研究方法包括文献综述法、数学分析法和实验验证法。
具体过程如下：1. 首先进行文献综述，收集和整理DFB-FL波长解调方法的相关文献和资料；2. 分析DFB-FL波长的特点和重要性，探讨DFB-FL波长解调方法的原理和性能；3. 比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，评估其性能指标；4. 根据DFB-FL波长解调方法的特点，优化其解调算法和系统实现方法；5. 利用实验方法验证波长解调方法的有效性和可行性。
五、预期成果和进展本研究预期成果包括：1. 完成DFB-FL波长解调方法的综述文献，系统梳理DFB-FL波长解调方法的原理和性能；2. 比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，分析各方法的性能指标；3. 提出优化DFB-FL波长解调方法的算法和系统实现方法；4. 利用实验方法验证DFB-FL波长解调方法的有效性和可行性。
哈工大光纤通信答案--第5章答案
第5章答案1.答：LED 的发光机理：通过外加正向电压，使粒子数反转分布，依靠自发辐射发光。
LD 的发光机理，通过外加正向电压，使粒子数反转分布，发生自发辐射现象，自发辐射产生的光子，激发高能级电子跃迁到低能级，产生同频，同相，同方向的光子，这些光子通过谐振腔的高反射率界面形成正反馈，当光子的数量足够多，或者说光强度足够高时，光子可以穿透高反射率界面形成激光。
LED 的谱线较宽，发射功率较小，主要用于短距离、小容量的光纤通信系统； LD 的谱线较窄，发射功率较大，主要用于长距离、大容量的光纤通信系统；2.答：当给LED 外加合适的正向电压时，Pp 结之间的势垒(相对于空穴)和Np 结之间的势垒(相对于电子)降低，大量的空穴和电子分别从P 区扩散到p 区和从N 区扩散到p 区(由于双异质结构，p 区中外来的电子和空穴不会分别扩散到P 区和N 区)，在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其他衰减而产生自发辐射的光输出。
3.答：当给LD 外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大(其余自发辐射光子均被衰减掉)，直至传播到高反射率界面又被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。
如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。
4.答：与LED 的谱线宽度相比，单纵模LD 的谱线宽度比较窄，因此它所产生的光信号在光纤中传输时所遭受的色散比较小，根据色散与带宽的倒数关系，可知采用单纵模LD 的光纤通信系统的带宽远大于采用LED 的光纤通信系统。
6.答：光可以被物质材料吸收，物质材料也可以发光。
光的吸收和发射与物质材料内部能量状态的变化有关。
在研究光与物质的相互作用时，爱因斯坦指出存在三种基本过程：自发辐射、受激辐射及受激吸收。
光纤通信考试复习重点
光纤通信考试复习重点简答题一、光纤通信的特点？优点：1、速率高，传输容量大；2、损耗低，传输距离远；3、抗干扰能力强，保密性好；4、质量轻，敷设方便；5、耐腐蚀，寿命长；缺点：线路施工过程中连接较复杂，造价高。
二、光纤通信系统的基本组成，各个单元的作用？主要组成部分包括光纤、光发送器、光接收机、光中继器和适当的接口设备。
光发送机：把输入电信号转换为光信号，最大限度地耦合到光纤线路。
光纤线路：把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
光接收机：把光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号，并经放大处理后恢复成原始信号。
三、半导体激光器的结构原理？四、新型半导体激光器1、分布反馈DFB激光器优点：①单纵模激光器；②谱线窄，波长稳定性好；③动态谱线好；④线性好。
2、分布布拉格反射DBR激光器优点：增益区和它的波长选择是分开的，因此可以对它们分别进行控制。
3、量子阱QW激光器优点：①阈值电流低，输出功率大。
② 单纵模，谱线窄，利于调制。
③ 温度要求低。
无需温度控制，无需制冷器。
④ 外微分量子效率大。
⑤ 频率啁啾小，动态单纵模特性好。
4、垂直腔面发射激光器VCSEL 优点：① 实现极低阈值工作；② 平行光互连和光信息处理；③ 圆形光斑，发散角小，方向性好；④ 动态单纵模工作；⑤ 高密度集成；⑥ 适合光电集成电路OEIC 结构。
五、数字光发送机基本组成，各单元模块功能？采用直接调制（IM ）的光发送机主要包括：输入电路（输入盘）和电／光转换电路（发送盘）。
（1）均衡器的作用是对由PCM 电端机送来的HDB3码或CMI 码流进行均衡，用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，以便正确译码。
（2）码型变换的作用是将适合在电缆中传输的双极性码，通过码型变换转换为适合于光纤线路传输的单极性码。
（3）扰码电路的作用就是当线路码流出现长连“0”或长连“1”的情况 ，有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，从而使“0”、光信号输出NRZ 码HDB3(CMI)电信号输入均衡放大码型变换信号扰码线路编码驱动电路光源时钟提取APC ATC 光监测告警输出输入盘发送盘“1”等概率出现，便于接收端提取时钟信号。
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在锁模激光器中，被锁定的模式数量越多，脉冲周期越短。
参考答案:错误2.对于对称共焦腔，其傍轴光线在腔内往返传输次即可自行闭合，其自再现模式为高斯光束。
参考答案:2##%_YZPRLFH_%##二##%_YZPRLFH_%##两3.谐振腔损耗越大，品质因子越高。
参考答案:错误4.有激光输出时，激活介质不是处于热平衡条件。
参考答案:正确5.在主动锁模激光器中，调制器应该放到谐振腔的一端。
参考答案:正确6.为得到高转化效率的光学倍频，要实现匹配，使得基频波和倍频波的折射率要相等，在他们相互作用过程中，两个基频光子湮灭，产生一个倍频光子。
参考答案:相位7.尽量增加泵浦功率有利于获得单模激光输出。
参考答案:错误8.在调Q激光器中，随着Dni/Dnt的增大，峰值光子数增加，脉冲宽度。
参考答案:变窄##%_YZPRLFH_%##变小##%_YZPRLFH_%##减小9.关于基模高斯光束的特点，下面描述不正确的是。
参考答案:基模高斯光束在激光腔内往返传播时没有衍射损耗10.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了度角。
参考答案:45##%_YZPRLFH_%##四十五11.稳定谐振腔是指。
参考答案:谐振腔对旁轴光线的几何偏折损耗为零12.形成激光振荡的充分条件是。
参考答案:光学正反馈条件和增益阈值条件13.关于谐振腔的自再现模式，下面那个说法是正确的？参考答案:自再现模式与谐振腔的稳定性有关14.三能级激光器的激光下能级是基态，需至少将原子总数的通过泵浦过程转移到激光上能级，才能实现受激辐射光放大。
参考答案:一半##%_YZPRLFH_%##1/2##%_YZPRLFH_%##50%##%_YZPRLFH_%##二分之一##%_YZPRLFH_%##百分之五十15.谱线加宽是指的光谱展宽。
参考答案:自发辐射16.关于自发辐射和受激辐射说法正确的是。
激光的谱线宽度
激光的谱线宽度
激光的谱线宽度是指激光光谱中的频率范围，通常以全宽半最大来表示。
这是通过测量光谱中光强度减半的频率范围来定义的。
激光的谱线宽度取决于多种因素，包括激光器的设计、激发源、放大介质等。
以下是一些影响激光谱线宽度的因素：
激光器类型：不同类型的激光器（例如气体激光器、半导体激光器、固体激光器等）具有不同的谱线宽度特性。
激发源的性质：激发源的特性，如波长、功率和稳定性，会影响激光谱线的宽度。
激光谐振腔：谐振腔的设计和长度也会对谱线宽度产生影响。
激光放大介质：使用的放大介质（例如气体、固体、液体等）的性质会影响激光的谱线宽度。
激光器的工作状态：激光器的工作状态，如温度和压力，也可能对谱线宽度产生影响。
激光器通常被设计为具有较窄的谱线宽度，特别是在科学、医学和通信等领域中需要高分辨率和精确频率的应用。
激光的谱线宽度越窄，其在精密测量和传输信息方面的性能就越好。
第6章 发光器件与光电耦合器件下
激光 :受激放大的光 普通光 :自发辐射光
5
粒子数分布反转
在激光物质中，外来的光子可以引起受激辐射，也可能被 受激吸收，而产生激光的必要条件之一就是受激辐射要占 主导地位，此时就必须从外部给工作物质输入能量，使处 于激发态的载流子多于处于基态的载流子，也就是把载流 于激发态的载流子多于处于基态的载流子，也就是把载流 子的正常分布倒转过来——粒子数反转 子的正常分布倒转过来——粒子数反转 粒子数反转的条件：增益大于阈值增益或注入电流大于阈 粒子数反转的条件：增益大于阈值增益或注入电流大于阈 值电流。
1、有能激活介质的泵浦装置； 有能激活介质的泵浦装置； 能让粒子数反转使受激辐射足以克服损耗； 2、能让粒子数反转使受激辐射足以克服损耗； 有一个谐振腔提供正反馈和高增益， 3、有一个谐振腔提供正反馈和高增益，维持受 激辐射。 激辐射。 半导体激光器是向半导体PN结注入电流 实现 结注入电流，实现 半导体激光器是向半导体 结注入电流 粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振 粒子数反转分布，产生受激辐射， 腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的 腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的
20122012-3-7 7
谐振腔损耗
透过 反射 吸收 散射 衍射
谐振腔 失掉
偏振损失
起偏器泡克尔晶体
20122012-3-7 8
增益和损耗
增益<损耗
增益=损耗
增益>损耗
20122012-3-7
9
法布里 - 珀罗谐振腔 (FabryPerot, FP)
解 理 面
有源区
注入电流
解 理 面
L R1 z=0 R2 z=L
25
L=250µm W=12 µm T=300K
(完整版)分布式反馈激光器
DFB分布式反馈激光器091041A 谢伟超DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。
DFB激光器将布拉格光栅集成到激光器内部的有源层中（也就是增益介质中），在谐振腔内即形成选模结构，可以实现完全单模工作。
目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓(GaSb）、砷化镓（GaAs）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。
设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的，这类激光器统称动态单模半导体激光器。
实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅，靠光栅的反馈来实现纵模选择。
这种结构还能够在更宽的工作温度和工作电流范围内抑制模式跳变，实现动态单模。
分布反馈半导体激光器（DFB－LD）,在DFB－LD中，光栅分布在整个谐振腔中，所以称为分布反馈。
因为采用了内部布拉格光栅选择波长，所以DFB－LD的谐振腔损耗有明显的波长依存性，这一点决定了它在单色性和稳定性方面优于一般的F－P腔激光器。
结构及工作机理DFB激光器的激光振荡不是靠F—P腔来实现，而是依靠沿纵向等间隔分布的光栅所形成的光耦合，如图2—81所示。
图中光栅的周期为A，称为栅距。
当电流注入激光器后，有源区内电子——空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。
在DFB激光器的分布反馈中，此时的反射是布拉格发射，光栅的栅条间入射光和反射光的方向恰好相反。
满足上式的那些特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模工作。
式也称为分布反馈条件（一般m取1）。
DFB－LD的光栅是完全均匀对称的，使得其发光出现了两个主模同时振荡的现象。
窄线宽激光器原理
窄线宽激光器原理
窄线宽激光器（Narrow linewidth laser）是一种具有非常小的
光谱线宽的激光器。
与传统的宽线宽激光器相比，窄线宽激光器的光
谱线宽更窄，能够实现更高的时间解析度和频率分辨率。
这使其在原
子和分子物理学，光学和光纤通信等领域得到广泛应用。
窄线宽激光器的原理是基于光腔增益谱线的非常窄的自然线宽。
这是通过控制激光器腔体内的激光增益介质来实现的。
在窄线宽激光
器中，使用了复杂的反馈机制来维持光腔的稳定性，从而使激光的中
心频率十分稳定。
窄线宽激光器通常使用半导体材料作为激光介质，例如GaAs或InP。
此外，窄线宽激光器还可以利用外部反馈来进一步稳定激光输出
频率。
这种方法使用反馈电路将部分激光输出重新注入到激光器内部，从而消除任何不稳定性并进一步锁定输出频率。
窄线宽激光器在现代科学和工程领域中扮演着重要角色。
它们常
常用于实验室实验，例如在精确测量中使用。
此外，由于其卓越的频
率稳定性，窄线宽激光器在对光纤通信网络的信号传输和接收方面也
发挥着至关重要的作用。
因此，这种激光器仍将继续在未来的许多应
用中扮演重要角色。
第6章 半导体激光器讲解
N2 exp( E2 E1 )
N1
kT
式中， k=1.381×10-23J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学温 度。由于(E2-E1)>0，T>0，所以在这种状态下，总是N1>N2。 这是因为电子总是首先占据低能量的轨道。
受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例系 数(吸收和辐射的概率)相等。
中心波长：在激光器发出的光谱中，连接50％ 最大幅度值线段的中点所对应的波长。
830 828
I=100mA Po=10mW
832 830 828
I=85mA Po=6mW
6.3.1 半导体激光器工作原理和基本结构
半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子 数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈， 实现光放大而产生激光振荡的。
光受激辐射、发出激光必须具备三个要素：
1、激活介质经受激后能实现能级之间的跃迁；
2、能使激活介质产生粒子数反转的泵浦装置；
3、放置激活介质的谐振腔，提供光反馈并进行放大， 发出激光。
图 3.6 DH (a) 双异质结构； (b) 能带； (c) 折射率分布； (d) 光功率分布
3.1.2 半导体激光器的主要特性
1. 发射波长和光谱特性
半导体激光器的发射波长等于禁带宽度Eg(eV) h f =Eg
式中，f=c/λ，f (Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长，
c=3×108 m/s为光速，h=6.628×10-34J·S为普朗克常数， 1eV=1.6×10-19 J，代入上式得到
生的自发辐射光作为入射光。
产生稳定振荡的条件（相位条件）
2L m / n
m 纵模模数，n 激光媒质的折射率
激光原理谱线宽度
激光原理谱线宽度
激光原理谱线宽度，是激光技术中一个重要的指标，它可以反映激光器的性能、协同性和稳定性。
激光原理谱线宽度是指激光器输出的有效谱线宽度，它以半高宽的形式表示，它的大小可以反映激光输出的频率稳定性，即激光器输出的频率分布的紧凑程度。
激光原理谱线宽度可以由几个因素决定：一是激光器本身的结构，激光器结构越复杂、越可靠，其谱线宽度越窄；二是激光器工作时的环境因素，激光器的环境温度、湿度和振动都会影响激光谱线的宽度；三是激光器的激发方式，激发方式不同，激光谱线的宽度也会有所不同；四是激光器的反馈机制，反馈机制的设计可以改善激光的频率稳定性，从而改善激光谱线的宽度。
激光原理谱线宽度的重要性在于，它可以反映激光器的性能、协同性和稳定性。
它是衡量激光器质量的重要指标，它可以反映激光器的谱线窄化程度，也可以反映激光器的频率稳定性。
谱线宽度越窄，说明激光器的性能越好，谱线宽度越窄，激光器的频率稳定性越高。
激光原理谱线宽度的测量可以采用光谱仪或激光谱测量仪。
光谱仪可以测量激光谱线宽度，它可以读出激光器输出的谱线宽度，用半高宽来表示。
激光谱测量仪也可以测量激光谱线宽度，它可以读取激光谱线宽度，并可以用曲线图形来表示激光谱线的宽度。
激光原理谱线宽度是激光技术中重要的指标，它可以反映激光器的性能、协同性和稳定性。
正确的测量激光原理谱线宽度，可以使激光输出的频率分布更加紧凑，从而提高激光器的性能和稳定性。
总之，激光原理谱线宽度是激光技术中重要的指标，它反映了激光器的性能、协同性和稳定性。
激光原理谱线宽度的测量是激光技术中重要的环节，正确测量激光原理谱线宽度，可以使激光器的输出性能更加完善，从而提高激光器的性能和稳定性。
光纤通信考试知识点总结
1光纤由那几层构成，各层的主要作用是什么？光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝••纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输•包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用•2、光纤是怎样分类的？按折射率一突变型多模光纤、渐变性多模光纤、单模光纤；按材料一石英系光纤、石英芯塑料包层光纤、多成分玻璃纤维、塑料光纤3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？硅光纤的光谱衰减曲线表明存在三个低损耗窗口，这三个窗口分别是多少。
传输过程中光信号幅度的减小。
原因：吸收、散射、弯曲损耗，吸收损耗是由于SiO2材料引起的固有吸收和杂质引起的吸收产生的，散射损耗主要是由材料微观度不均匀引起的锐利散射和光线结构缺陷引起散射产生的。
0.85um、1.31um、1.55um附近时光纤传输损耗较小或最小的波长“窗口”相应损耗为2—3dB/km,0.5dB/km,0,2dB/km。
4、什么是色散？色散对光信号有什么影响？单模光纤中有哪几种色散？多模光纤中有哪几种色散？单模光纤的零色散波长在什么位置？色散位移光纤是采用什么原理制成的？色散：（模式、材料、波导色散）在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
影响：模拟调制中限制带宽，若是数字脉冲信号将使脉冲展宽，限制系统传输速率。
单模：色度色散、偏振模色散。
多模：模内、模间色散。
1.31um。
5、目前光纤通信为什么采用以下三个作波长：入0=0.85讥2=1.31询3=1.55 ©m 这是光纤的三个低损耗窗口6、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？长波长、单模光纤比短波、多模光纤具有更好的传输特性。
一：单模光纤没有色散模式，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著限于经过多模光纤的传输时间；二：由光纤损耗和波长的关系曲线可知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55um处有最低值，而且1.31um和1.55um处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在 1.55um处。
波长自适应窄线宽激光技术及应用
波长自适应窄线宽激光技术及应用引言：激光技术作为一种重要的光学技术，在科学研究、医学、通信等领域有着广泛的应用。
然而，传统的激光器在波长稳定性和线宽控制方面存在一定的限制。
为了克服这些限制，波长自适应窄线宽激光技术应运而生。
本文将介绍波长自适应窄线宽激光技术的原理和应用。
一、波长自适应技术的原理波长自适应技术是指通过反馈控制系统实时监测激光器的波长，并根据监测结果对激光器进行调谐，以实现波长的稳定性和线宽的窄化。
其原理主要包括以下几个方面：1.1 波长监测波长监测是波长自适应技术的关键环节。
常用的监测方法包括光栅光谱仪、光纤光谱仪等。
通过监测激光器输出光的光谱分布，可以实时获取激光器的波长信息。
1.2 波长调谐根据波长监测的结果，通过反馈控制系统对激光器进行调谐。
调谐的方法有多种，如改变激光腔长度、改变工作温度等。
调谐过程中需要保证激光器输出功率的稳定性和波长的准确性。
1.3 线宽窄化通过波长调谐，可以使激光器的波长保持稳定，进而实现线宽的窄化。
线宽窄化的关键在于降低激光腔内的模式竞争和噪声。
常用的方法包括增加腔内光学滤波器、优化腔内折射率分布等。
二、波长自适应技术的应用波长自适应技术在许多领域都有广泛的应用。
以下将介绍几个典型的应用场景：2.1 光通信在光通信中，波长自适应技术可以提高光纤传输的容量和距离。
通过实时监测和调谐激光器的波长，可以使光信号与光纤的色散特性相匹配，降低信号失真。
此外，波长自适应技术还可以提高光纤通信系统对光噪声的抑制能力，提高传输质量。
2.2 光谱分析在光谱分析领域，波长自适应技术可以提高光谱分辨率和灵敏度。
通过实时监测和调谐激光器的波长，可以使激光器输出的光与被测样品的吸收峰相匹配，提高测量精度。
2.3 激光雷达在激光雷达领域，波长自适应技术可以提高雷达系统的测距精度和抗干扰能力。
通过实时监测和调谐激光器的波长，可以使激光与目标的反射光信号相干叠加，提高测距精度。
同时，波长自适应技术还可以降低受到气象等环境因素的影响，提高雷达系统的抗干扰能力。
一种新颖的自反馈光注入单频窄线宽光纤激光器_代志勇
一种新颖的自反馈光注入单频窄线宽光纤激光器3代志勇33,张晓霞,彭增寿,李剑峰,欧中华,刘永智(电子科技大学光电信息学院,光电传感与信号处理重点实验室,四川成都610054)摘要:报道一种基于自反馈光注入的单频窄线宽光纤激光器。
激光器采用线形腔结构,用高掺杂Er3+光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈与腔内振荡激光干涉,形成折射率光栅与增益光栅共同作用选择纵模,获得稳定的1549.85nm单频窄线宽激光输出。
在975nm单模激光二极管(LD)抽运下,激光器的抽运阈值光功率为13mW。
当抽运光功率为112mW时,最大输出信号光功率为30.6mW,对应的光2光转换效率为27.3%,斜率效率为30.2%,信噪比大于50dB。
采用延时自外差方法测量线宽,当使用30km单模光纤延迟线时,测量得到激光器的3dB线宽为4.0kHz。
关键词:激光光学;光纤激光器;单频;窄线宽中图分类号:TN253 文献标识码:A 文章编号:100520086(2010)0620813204A novel single2frequ ency narrow linew idth fib er laser b ased on self2feedb ack light injectionDAI Zhi2yong33,ZHAN G X iao2xia,PENG Z eng2shou,LI Jian2feng,OU Zhong2hua,LIU Y ong2zhi(K ey Laboratory of Optoelectronic Sensing and Information Processing,School of Optoelectronic Information,Uni2 versity of Electronic Science and T echnology,Chengdu610054,China)Abstract:A single2frequency narrow linewidth fiber laser with linear laser cavity is presented and demon2 strated experimentally.The moving refractive index grating and gain grating,which are induced by inter2 fering between the feedback light from the part of output light and the lasing light in intra2cavity,are used to select laser longitudinal modes efficiently.A section high gain erbium2doped fiber(EDF)is used as gain medium and is pumped by a single mode975nm laser diode(LD),and a stable single2frequency laser at1549.85nm is ser output power of30.6mW are obtained at112mW pump power. The corresponding optical2optical efficiency is27.3%and slope efficiency is30.2%.The S N R is greater than50dB.The3dB linewidth of presented fiber laser is about4.0kHz,which is measured by the de2 layed self2heterodyne method with30km single mode fiber.K ey w ords:laser optics;fiber laser;single2frequency;narrow linewidth1 引 言 单频窄线宽光纤激光器在密集波分复用系统、相干光通信系统、分布式光纤传感器以及微波光子等方面有重要的应用[1～4],尤其是长距离分布式光纤传感器非常需要线宽kHz量级的长相干长度光源。
分布反馈
5.DFB-Laser Diode应用领域
分布反馈式半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，
制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发 展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网， 850nm波长的半导体激光器适用于1Gh局域网，1300nm -1550nm波长的半导体激光器 适用于1OGb局域网系统
敌的是分布反馈式(DFB)激光器．
• 普通激光器用F-P谐振腔两端的反射镜，对激活物质发出的辐射 光进行反馈， DFB激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性 结构（波纹状）衍射光栅实现反馈。这种衍射光栅的折射率周期 性变化，使光沿有源层分布式反馈，所以称为分布反馈激光器。
• 分布反馈半导体激光器的光谱宽度更窄，并在高速脉冲调制下保 持动态单纵模特性；发射光波长更加稳定，并能实现调谐；阈值 电流更低，而输出光功率更大。
参考文献
[1].沈丹勋，顾畹仪，徐大雄 多相移DFB激光器的单模稳定性分析 光学学报 1999年2月 Vol .28 No.2 [2].祝宁华，闫连山 光纤光学前沿【M】，科学出版社，北京，2011.10 [3].余金忠 半导体光电子技术【M】，化学工业出版社，北京，2003.04 [4].胡辽林，等，光纤通信【M】，西安电子科技大学出版社，西安，2001
为自发辐射。
• 当电流注入激光器后，有源区内电子—空穴复合，辐射出能量相 应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。在 DFB激光器的分布反馈中，此时的反射是布拉格发射，光栅的栅 条间入射光和反射光的方向恰好相反。满足光纤光栅布拉格条件 的波长将产生反射，从而实现动态单纵模工作。 • 布拉格波长计算：
分布式反馈激光器
• 影响光功率的因素：
• 波导层厚度，光栅的深度，光栅区的长度。 • 可见，反射光功率在数学上就很复杂，可采用耦合模理论。 • 假设光被弱耦合进入光栅中。
15.1 理论基础
• Yariv [4] 给出了耦合系数：
• 其中l为耦合模的阶数：
• 式子（15.5）满足（15.3）布拉格条件，布拉格反射能够 发生。
15.3 性能特点
分析：从图可以看出，将光栅周期从 3450埃改变到 3476 埃时，波长有 45埃的变化。
15.3 性能特点 • 2.光发射线宽
• 线宽窄：发射谱线宽定义为激光增益曲线和激光器的模式 选择特性的卷积，由于光栅具有很好的波长选择特性，因 此，发射谱宽较窄。 • 典型的端面反射型激光器的单模线宽为1到2埃，约 50 GHz，而带有光栅结构的DFB的线宽约为50–100 kHz。 • 目前商用的DFB激光器在1.55μm处的线宽小于25埃。
由几何关系可知
15.1 理论基础
• 对于二阶模，我们可以得到：
• 分析：当 时，光前向传播，当 时，光后向传播， 当 1 时，光波垂直于波导表面传播。见图15.4 • 其它高阶模的分析类似。
15.1 理论基础
• 分布式反馈产生激光
• 光波在光栅结构中能够产生180。的反射，如果光传播的 介质有光增益，分布式反馈就能产生激光，假设煤质的指 数增益常数为 ： • 入射光和反射光的振幅为：
激光原理之光谱线增宽
n2 B21 f (v0 ) v ' dv' n2 B21 f (v0 )
(1-53)
其中 0 ν dν 为外来光总辐射能量密度。这种情况表明总能 量密度为
的外来光只能使频率为 ν0 附近原子造成受激辐射。
与
ρ vv
'
dn2 ( ) st W21n2 dt
（1-48） （1-49）
考虑到光谱线宽度后，在单位时间内落在v～v+dv频率范 围内的自发辐射、受激辐射、受激吸收的原子密度数与光谱 线型函数f(v）成正比。
3.三种跃迁中单位时间内发生跃迁的原子数密度
dn 2 ( ) sp dt n 2 A21
n 2 A21 (v )dv n 2
总的自发辐射跃迁 A21 中,分配在频率 处单位频率间隔 内的自发跃迁几率 A21
2.受激发射几率按频率分布函数W21(v)、 W12(v)
由 B 21 即
A21 (v) c3 c3 A21 3 3 3 3 f (v ) 8hv 8hv
c3 B21 (v) B21 f (v) A21 (v) 3 3 8hv
1.4.2 自然增宽 一 经典辐射理论
1.极子阻尼振动时释放能量
U
e
t 2
U 0e
t 2
cos2v0 t
—— 自发发射现象
其阻尼振动形式为
U U 0e
t 2
cos2v0 t
(1-60)
其发射的光强 I U
2
, 可表示为 I AU 2 e 0
t
其中:τ——驰豫时间，振子的辐射寿命 当 t
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(3) 输出光功率特性。
发光二极管实际输出的光子数远远小于有源区产生的光子 数，一般外微分量子效率ηd小于10%。两种类型发光二极管的 输出光功率特性示于图3.16。
驱动电流I较小时， P - I曲线的线性较好；I过大时，由于 PN结发热产生饱和现象，使P -I 曲线的斜率减小。
阀值电流 Ith/mA 工作电流 I/mA 输出功率 P/mW 入纤功率 P/mW 调制带宽 B/MHz 辐射角 /() 寿命 t/h 工作温度 /°C
LD
LED
1.3
1.55 1.3
1~2
1~3 50~100
20~30 30~60
100~150
5~10
5~10 1~5
1~3
1~3
0.1~0.3
500~2000 500~1000 50~150
，1 最高调制频率应低于截止频率。
2
图3.17示出发光二极管的频率响应， 图中显示出少数载流子 的寿命τe和截止频率 fc 的关系。
对有源区为低掺杂浓度的LED， 适当增加工作电流可以缩 短载流子寿命，提高截止频率。
10
e£½1.1 ns
Æ µÂÊÏìÓ¦ H( f )
0.1 10
e£½2.1 ns £½6.4
(1) 光谱特性。 发光二极管发射的是自发辐射光， 没有谐振腔对波长的选 择，谱线较宽，如图3.15。
Ïà¶Ô¹âÇ¿
¡÷£½70 nm
1300
²¨³¤/ nm
图 3.15 LE在垂直于发光平面上，正面发光型LED辐射图呈朗伯分布， 即P(θ)=P0 cosθ，半功率点辐射角θ≈120°。
(4) 频率特性。
发光二极管的频率响应可以表示为
|H(f)|=
p( f ) P(0)
1
1 (2f e )2
(3.12)
式中，f 为调制频率，P( f )为对应于调制频率 f 的输出光功率，
τe为少数载流子(电子)的寿命。定义 fc 为发光二极管的截止频率，当
f = f c =1/(2πτe)时，|H(fc)|=
3.1.3 分布反馈激光器
现代激光器的要求： （1）谱线宽度更窄 （2）发射光波长更加稳定，高速率脉冲调制 （3）能实现调谐，保持动态单纵模特性 （4） 阈值电流更低 （5）输出光功率更大
衍射光栅 N层
输出光
P层 有源层
(a)
∧ 光栅
b
a
有源层 (b)
图 3.13 分布反馈(DFB)激光器
(a) 结构； (b) 光反馈
LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或 1.55μm大容量长距离系统。
分布反馈激光器(DFB - LD)主要和G.653或G.654规范的单模光 纤或特殊设计的单模光纤耦合，用于超大容量的新型光纤系统。
表3.1 半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般性能
工作波长 /μμ 谱线宽度 / nm
2ne
(3.10)
ne 为材料有效折射率，λB为布喇格波长，m为衍射级数。
在普通光栅的DFB激光器中，发生激光振荡的有两个阈值最 低、增益相同的纵模，其波长为
1,2
B
(1 2
2B )
2ne L
(3.11)
DFB激光器与F-P激光器相比， 具有以下优点：
① 单纵模激光器 ② 谱线窄， 波长稳定性好 ③ 动态谱线好 ④ 线性好
球透镜 环氧树脂
P层 有源层 n层 发光区
微透镜
P型 限 制 层
有源层 波导层 n型 限 制 层
图 3.14两类发光二极管(LED) (a) 正面发光型； (b) 侧面发光型
发光二极管的特点： 输出光功率较小；谱线宽度较宽；调制频率较低；性能稳定，
寿命长；输出光功率线性范围宽；制造工艺简单，价格低廉；适 用于小容量短距离系统 发光二极管的主要工作特性：
GaAs/AlGaAs DBR激光二极管
3.1.4 发光二极管
LD 和LED的区别 LD发射的是受激辐射光 LED发射的是自发辐射光 LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，
把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光 学谐振腔， 没有阈值。
发光二极管的类型：正面发光型LED和侧面发光型LED
20×50 106 ~ 107
20×50 30×120
105 ~ 106
108
-20×50 -20×50 -20×50
1.55 60~120
100~150 1~3 0.1~0.2 30~100 30×120 107 -20×50
光源组件实例
分布Bragg反射型激光器DBR LD
• DBR LD的周期性沟槽不在有源波导表面上，而是在有源 层波导两外侧的无源波导层上，这两个无源的光栅波导充 当Bragg反射镜的作用。由于有源波导的增益特性和无源周 期波导的Bragg发射，只有在Bragg频率附近的光波才能满 足振荡条件，从而发射出激光。
e
ns
100 µ÷ÖÆ Æ µÂÊf / MHz
图 3.17 发光二极管(LED)的频率响应
1000
3.1.5 半导体光源一般性能和应用
半导体光源的一般性能表：
3.1和表3.2列出半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般 性能。
LED通常和多模光纤耦合，用于1.3 μm(或0.85 μm)波长的小容 量短距离系统。因为LED发光面积和光束辐射角较大，而多模SIF 光纤或G.651规范的多模GIF光纤具有较大的芯径和数值孔径，有 利于提高耦合效率，增加入纤功率。
分布反馈(DFB)激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构(波纹状) 衍射光栅实现光反馈。这种衍射光栅的折射率周期性变化，使光沿有源层 分布式反馈。
如图3.13所示，由有源层发射的光，一部分在光栅波纹峰反 射(如光线a)， 另一部分继续向前传播，在邻近的光栅波纹峰反射 (如光线b)。
光栅周期
Λ=m B