自混合干涉对分布反馈激光器线宽的影响

第7卷第1期无锡职业技术学院学报Vol.7No。12()X8年2月oJun’IdofWuxiInstituteofTechnloogyeFb.2()X8自混合干涉对分布反馈激光器线宽的影响张银阁，王鸣，周俊萍(南京师范大学物理科学与技术学院，江苏南京21()X97)摘要:该文讨论了在弱光反馈的情形下，自混合干涉对增益祸合(GC)型分布反馈激光器(D丹)线宽的影响。根据自混合干涉的理论模型，进行了理论分析及数据仿真。研究的成果有助与降低光噪音，可被应用与激光器线宽的压榨及频率的调制。关键词:分布反馈;自混合干涉;线宽中图分类号旧抖8.n文献标识码:A文章编号:1671一80(2()X8)01(K)28仍En陇ctsofself一Mi对nglnterefrenceontheLine初dthinDistributed一介edbackLa‘e招Zhangyinge，WangMing，Zhouju即ingAbstarct:InthepaPer，hteefefctSOfseif一M讨nginterefrenceonthelinewidthingain一coupleddis-irtbuted一efedbacklasesraeranalyzed，Undertheconditionofweakfeedback，thetheo巧oftheseif一m沉nge价cthasbeenanaylzedandmadesomesimulationanalysisatdifefrentconditions.ThePrinciPlecanbeusedotanalyzethee却resoionoflinewidth.Keywords:Distirbuted一efedback;seif一mi石nginterefrence;Unewidth0介绍进行了数值模拟。半导体激光器的自混合干涉起源与半导体激光器的1理论分析外部光反馈效应，并且已经广泛的用于多种物理量的测如图1所示，在增益祸合型D丹激光器左侧加上外量(如位移、速度、振动等)。现在人们越来越多的关注于部光反馈，形成自混合干涉系统。MI和Mr是D阳激光器将新型的半导体激光器应用于自混合干涉的测量，以期的两个反射镜面。M:的反射率为几M，的反射率为r。m得到性能更佳的自混合干涉传感器。分布反馈半导体激为外部反射物体，与M:的距离为L，其反射率为r。从光器是一种新型的半导体激光器，由于其具有单色性好、DFB激光器中发出的光经m的反射，有少量重新进人激线宽窄、体积小等显著的优点，使得其在通信和传感器领光器的谐振腔内，与激光腔内部的光线发生干涉，就形成域有很大的应用潜力。本文研究自混合干涉对增益祸合了自混合干涉效应。型DFB激光器线宽的影响。光反馈对激光器的光谱及阑值增益有深远影响。有外光反馈的激光器在外腔同步机械装置及光噪声方面的内容被广泛的研究。在自混合干涉中，在弱反馈情况下，光谱线宽可能发生变窄或变宽的变化，主要与发射激光的光场的反馈相位有关，常被应用于激光器线宽的压榨图IDFB激光器的自棍合干涉在外部反射物体若反馈的存在下，激光谐振腔左侧及频率的调制。光谱线宽由于外反馈的存在，一方面可反射镜的等效反射率可以被写为:能变宽为独立激光器的许多倍，另一方面，光谱线宽由于反馈也可能极端变窄。本文将对弱反馈情况下线宽变化’lr二几(+1一)，rZr钾(一为片)1()在此式中。为激光频率，。是真空中光速，，二2夕c收稿日期:2(X刀一21朋作者简介:张银阁(1卯5一)，女，南京工业大学物理系教师。󰀀28󰀀张银阁，等:自混合干涉对分布反馈激光器线宽的影响第1期是光在外腔中的往返时间，L为外腔长。激光器发射频率及阑值增益的变化量，为:△。:了=XI，1。(听一sra(q)一sra(r)一姗一’(a:))几(2)△“二去，。.-L哪[‘一gra(CI)一呷(r)](3)IX为光反射系数，其表达式为:凡=(‘+a:，)’”扮，‘，，r，，由式(2)及参考文献【]1可以得到有外反馈和无外反馈时线宽的比例公式:V二△，‘△公(1一兀助(，一sra(q)一sra(r)一姗一‘(al)))2(4)式中△，是有外反馈时的线宽，△‘是无外反馈时的线宽，V是比例值。舰别6.O-8.O-.OT《几日)图2(a)不同r值时C的变化情况14xlo，31210叼1飞当10勺A，性山ocd76，4.01.0150一2.0250.3035r田2(o)不同r值时C的峰值变化情况图3是al取不同值时，增益祸合型分布反馈激光器的自混合干涉情况。此时我们选取kL二0.卯6*i，r二0.20。图中三条曲线分别对应于aJ二0.5*Pi砰和2*杯时增益和线宽的变化情况。图3(a)是不同巧值时△‘的变化情况，由图可知△‘不随a:值的改变而改变。图3(b)是不2数值模拟分析前面对弱反馈情况下刀F旧激光器自混合干涉线宽理论进行了分析，得到在弱反馈情况下线宽相对于无反馈时的变化率公式。下面我们将讨论各参数变化对其的影响。图2是反射物体反射率r取不同值时，增益藕合型分布反馈激光器的自混合干涉情况。此时我们选取激光器的两个内部参数kL二0.998*j，a，=3。图2(a)(b)中三条曲线分别对应于r二0.1，0.2和0.3时增益和线宽的变化情况，其中振幅最大的是r二.03时所对应的曲线，振幅最小的是;二0.1所对应的曲线。由图2(a)(b)可以看出随着反射物体反射率r的增加，增益的改变量增加，无外反馈时的线宽和有外反馈时的线宽之比的振动幅度加大。由图2(。)(d)分别为△‘和V的峰值随着的r增加而改变的情况，△‘的峰值随r的增加呈直线上升的趋势，V的峰值随，的增加而曲线上升。图(2句不同r值时v的变化情况18ADJ2.6当勺14AJd12.性卿21//11IAI，6丫//0.1-.二一0一.15二—二.0J2一0.25.一---1--.03一~—10一，35t图2(d)不同r值时v的峰值变化愉况同al值时的，变化情况，图中内二0.5*Pi时所对应的波形振幅最小，la=2*Pi所对应的波形振幅最大，由图可知随着a‘的增加，无外反馈时的线宽和有外反馈时的线宽之比的振动幅度加大。图4是外腔长L的初始值取不同值时，增益藕合型分󰀀29󰀀第7卷无锡职业技术学院学报布反馈激光器的自混合干涉情况。此时我们选取kL二.09卯。j，r=0.02，a:二2oPi。图4(a)中三条曲线分别对应于乌=20，，52，和30，时△‘的变化情况，可知△‘的变化不随外腔长L的初始值的改变而改变。图4(b)中xl护.0刘R峋田3(a)不同al值时的△G变化情况，.53辉2~△G0刁2-刁‘.礴..LO1015025203.OT《Ra司困4(a)不同LO值时G的变化情况3结束语本文就弱光反馈条件下自混合干涉对增益藕合型分布反馈激光器线宽的影响进行了分析。在理论分析的基础上，数值模拟了在选取不同的外部物体反射率;，线宽增强因子al和外腔长乌的情况下，增益和线宽的变化情况。知道由于外光反馈的存在，激光线宽有可能变窄也有可能变宽。随着r值的增加增益的变化量和线宽的变化幅度加大，线宽加宽或变窄现象更明显。△‘的改变幅度不受乌和久改变的影响。V的振幅随着几和a:的增加而增加。比较以上各图形看出在相同参数的情况下，线宽加宽比变窄现象更明显。本文反应了自混合干涉对光谱线宽的影响。󰀀30󰀀乌二02。所对应的波形振幅最小，乌二03cm所对应的波形振幅最大，可以看出随着几的增加，无外反馈时的线宽和有外反馈时的线宽之比的振动幅度加大。150.图3《b)不同al值时的，变化情况40.1xl护30.1皿0.l△lc9.089.0姗69.059.0。oT(Rad)图4(句不同L。值时V的变化情况参考文献:【]lF团。‘。几忱，“肠即，tic目an日isyoofetxcmal叩ti讨介以场即knoDFB，”IEEEJ.伽明tUmE】cetrOn23，81~88，(1987).【21“A耐ysis‘DFBSemiconducrotl晰功衬htexte川目叩it司免目-b即k”，J.LBeylat，J.J创茸脚d，目忱切闻ic81ette.，耐.24，NO.9，1988〔31HuanHandw朋gM:头廿一而‘gnint曰介erncee伍Cet试DFB’阴而e田面c叙介1~.人pPI.R巧.B79(2(X只)325一330〔4」2卜叩J.dw朗‘M:E乐沁切‘献一mi石ngillt倪efrenec.脚n一二pl曰DFBI~，御t.E冲.13(2加5)1848~1854〔5」RL田19，KKd翔y朋枯.瓜t朗词叩石司免仪场朋k团Ce?.二而-即nductorinjeCtioulaserp川伴tries〔J〕.IEEEJQuantumElec-。以11980，16(3):洲7一355〔贵任编样:胡小勇〕