窄线宽多波长DFB激光阵列实验研究

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窄线宽多波长激光阵列在光纤通信、多组分气体探测以及微波光子学等领域具有广泛的应用前景。增大激光主腔长法以及外腔反馈法是目前用于实现多波长分布式反馈(Distributed Feedback,DFB)激光阵列线宽窄化的常用方案,延长激光谐振主腔只能将激光阵列的线宽压缩至百k Hz量级;过长的外腔会减小激光的纵模间隔,增大跳模几率。鉴于上述两种方法都难以在常态条件下对激光阵列的线宽进一步深度压缩,本文以DFB激光器构成的多波长激光阵列为研究对象,提出了两种窄线宽多波长DFB激光阵列构型,均在常态条件下实现了百Hz量级的线宽输出。本文的主要研究内容如下:(1)提出并搭建了一种基于回音壁微腔谐振反馈的窄线宽多波长DFB激光阵列。将多波长DFB激光阵列的每个激光器单元分别锁定至同一个回音壁微腔不同阶次的谐振模式,利用回音壁微腔的谐振反馈同时深度压缩激光阵列线宽。实验结果表明,采用品质因子为10~6量级的回音壁微腔提供的谐振反馈可以将DFB激光阵列的线宽从自由运转状态下的1.2 MHz、2 MHz、1.54 MHz和832 k Hz分别窄化至295 Hz、263 Hz、106 Hz和245 Hz,与单个激光器锁定状态下的线宽压缩比相当。由于谐振反馈要求激光波长与回音壁微腔谐振波长匹配,该方法仅适用于固定波长间隔的多波长DFB激光阵列。(2)为了实现任意波长间隔的窄线宽多波长DFB激光阵列,提出基于分布反馈的多波长激光线宽同时压缩方法。利用光纤构成不同有效长度的分布反馈外腔,实现了对多波长DFB激光阵列线宽的同时压缩。实验结果表明,当分布反馈量为-33.95 d B时,四只激光器的线宽从自由运转状态下的1.36 MHz、1.75 MHz、1.5MHz和1.49 MHz分别压缩至1 k Hz、800 Hz、872 Hz和891 Hz。基于分布反馈外腔在线宽压缩过程中的波长自适应特性,调谐各激光器单元的输出波长时均可得到相同的线宽压缩比,从而证明了基于分布反馈的线宽压缩机制可实现任意波长间隔的窄线宽多波长DFB激光阵列。
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