doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-828-836


УДК 543.4 (045)

Оценка относительного шума интенсивности одномодового вертикально-излучающего лазера с внешним резонатором на основе волоконной брэгговской решетки

Шулепов В.А., Аксарин С.М., Стригалев В.Е.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Шулепов В.А., Аксарин С.М., Стригалев В.Е. Оценка относительного шума интенсивности одномодового вертикально-излучающего лазера с внешним резонатором на основе волоконной брэгговской решетки // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 6. С. 823–827. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-823-827



Аннотация
Предмет исследованияВ работе исследована проблема стабилизации оптических параметров одномодового вертикально-излучающего лазера. Предложено решение проблемы путем формирования внешнего резонатора на основе решетки Брэгга, индуцированной в оптическое волокно с двулучепреломлением. Выполнено экспериментальное исследование вклада обратных отражений от внешнего резонатора во флуктуации интенсивности вертикально-излучающего лазера. Проведена оценка влияния фазы обратных отражений на стабильность генерации лазерного излучения при различных токах накачки. Метод. Экспериментальная оценка относительного шума интенсивности вертикально-излучающего лазера проведена в диапазоне тока накачки 1,1–6,3 мА с использованием фотоприемника с шириной полосы 8,5 МГц. Изменение фазы обратных отражений осуществлено путем смещения торца оптического волокна с шагом 100 нм. Основные результаты. Измерена величина относительного шума интенсивности вертикально-излучающего лазера с внешним резонатором длиной 30 мм на волоконной решетке Брэгга с коэффициентом отражения 95 % и шириной спектра 95 пм. Обнаружено, что стабильный режим излучения наблюдается в диапазоне токов 1,8–3,2 мА, а за пределами этого диапазона — нестабильный режим с постоянными переключениями между соседними продольными модами. Наиболее устойчивый к изменению фазы обратных отражений режим работы лазера с внешним резонатором отмечен при токе накачки 2,78 мА. Использование внешнего резонатора на волоконной решетке Брэгга позволило снизить уровень относительного шума интенсивности с 7,2∙10–10 1/Гц до 1,5∙10–11 1/Гц в диапазоне токов накачки 1,86–3,2 мА. Показано, что снижение флуктуаций интенсивности при использовании вертикально-излучающего лазера в оптической системе положительно сказывается на соотношении сигнал/шум. Практическая значимость. Выполненное исследование может быть полезно в разработках, где требуется когерентный источник оптического излучения с низким уровнем амплитудного шума, в когерентной оптической связи и волоконно-оптических датчиках.

Ключевые слова: ертикально-излучающий лазер, ВИЛ, внешний резонатор, лазер с внешним резонатором, относительный шум интенсивности, амплитудный шум, волоконная брэгговская решетка, ВБР

Список литературы
  1. Iga K. Surface-emitting laser - its birth and generation of new optoelectronics field // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics. 2000. V. 6. N 6. P. 1201–1215. https://doi.org/10.1109/2944.902168
  2. Iga K. Vertical-cavity surface-emitting laser: its conception and evolution // Japanese Journal of Applied Physics. 2008. V. 47. N 1. P. 1–10. https://doi.org/10.1143/JJAP.47.1
  3. VCSELs. Fundamentals, Technology and Applications of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers / ed. by R. Michalzik. Springer, 2013. 560 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-24986-0
  4. Laser Physics and Technology: Proceedings of the School on Laser Physics & Technology, Indore, India, March 12-30, 2012 / ed. by P.K. Gupta, R. Khare. Springer, 2015. 345 p. https://doi.org/10.1007/978-81-322-2000-8
  5. Moser P. Energy-Efficient VCSELs for Optical Interconnects. Springer, 2016. 182 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-24067-1
  6. Ohtsubo J. Semiconductor Lasers. Stability, Instability and Chaos. 3rd ed. Springer, 2013. 572 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-30147-6
  7. Henry C., Kazarinov R. Instability of semiconductor lasers due to optical feedback from distant reflectors // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1986. V. 22. N 2. P. 294–301. https://doi.org/10.1109/JQE.1986.1072959
  8. Шулепов В.А., Аксарин С.М., Стригалев В.Е. Влияние длины внешнего резонатора с волоконной решеткой Брэгга на спектр излучения лазера с вертикально излучающим резонатором // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 1. С. 15–20. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2019-19-1-15-20
  9. Agrawal G.P. Noise in semiconductor lasers and its impact on optical communication systems // Proceedings of SPIE. 1991. V. 1376. P. 224–235. https://doi.org/10.1117/12.25005
  10. Bløtekjær K. Fundamental noise sources which limit the ultimate resolution of fiber optic sensors // Proceedings of SPIE. 1998. V. 3555. P. 1–12. https://doi.org/10.1117/12.318192
  11. Lefevre H.C. The Fiber-Optic Gyroscope. 2nd ed. Artech House Publishers, 2014. 416 p.
  12. Petermann K., Weidel E. Semiconductor laser noise in an interferometer system // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1981. V. 17. N 7. P. 1251–1256. https://doi.org/10.1109/JQE.1981.1071262
  13. Yoon S., Lee D.S., Heo Y., Lee S., Ham B.S. Depolarization of external optical feedback on VCSEL and variation of relative intensity noise // Proc. of the Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2007). 2007. P. 4453461. https://doi.org/10.1109/CLEO.2007.4453461
  14. Siekiera A., Engelbrecht R., Neumann R., Schmauss B. Fiber Bragg gratings in polarization maintaining specialty fiber for Raman fiber lasers // Physics Procedia. 2010. V. 5. Part B. P. 671–677. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2010.08.098
  15. Варжель С.В. Волоконные брэгговские решетки: учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 65 p.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика