波長可調外腔式主動鎖模半導體雷射及其應用之研究

Abstract

本篇論文中，我們報導了一個多用途的半導體雷射系統，此雷射系統 具 有波長可調，色散補償，及改善空間模的功能。我們選擇一個商用 的半 導體雷射陣列（ ）作為增益介質，利用外加共振腔， 以主動 鎖模的機制產生短脈衝輸出，其外腔包括一個繞射光柵，一個 透鏡，及 一個可選擇波長回授的條型全反射鏡。此外腔同時具有提供 正及負的群 速色散補償之功能，可對光脈衝做壓縮。 在連續波 操作下，當I=1.4Ith時，可得到21.6nm之單模波長可 調範圍，且在此 範圍內其旁模抑制比（SMSR）均大於20dB。主動鎖 模操作下(重覆 率=478.6MHz)，利用調整色散補償，我們可將光脈衝 由33.6ps壓縮 至20.8ps的最佳狀況。在最佳脈衝輸出時(波長 =820.8nm)，脈衝 之平均與尖峰輸出功率分別為9.9mW及1W，其頻寬 為0.086nm，脈衝之 時間對頻寬的乘積約為轉換極限的2.52倍。在 最佳工作點的狀況下， 左右平移條型鏡，輸出波長可由816.8nm調整 到827.8nm，約11nm的距離 ，且整個調整範圍內的SMSR均大於20dB。 我們將此雷射系統產生的短脈 衝應用在光電式鎖相迴路的量測 上，順利地鎖定FRO的頻率至雷射 光脈衝的第35次諧頻，既 16.71GHz，我們亦對光導諧波混頻器 的conversion loss做了量測。 另外，量得此主動鎖模半導體雷射系統 在最佳操作點下之timing jitter為248.234fs。 In this thesis , we describe a versatile laser diode system which provides functions of wavelength selection , dispersion compensation and spatial mode selection . We use a commercial laser diode array (l = 0.8um) as gain medium . We use Active mode-locking as the method for provide output pulse in external cavity . The external cavity is combination of grating , lens , and a stripe mirror . It also provide positive and negative dispersion compensation , and it can shorten output pulse . In continuous wave (cw) operation , the tuning range of the laser is alout 21.6nm with a side-mode suppression ratio better than 20dB . In pulse operation , by varying the group velocity dispersion inside the cavity , the pulses are intry- cavity compressed from 33.64ps to 20.79ps .In optimal condition , the average and peak power of the pulse are 9.9mW and 1W , the linewidth is 0.086nm , time-bandwidth product are 2.52 times of the transform limited . The laser wavelength can be tuning from 816.8nm to 827.8nm with a side-mode suppression ratio better than 20dB . we utilize the laser diode system in the area of OEPLL , and lock the frequency to 16.71GHz . We also measure the conversion loss of the photoconductor in this chapter . We measure the timing jitter of the laser diode system by a spectrum analyzer , and get 248.234fs.