Ａ＂ － － Ｉ Ｂ Ｎ＋Ｃ Ｎ 。 其 中Ａ， Ｂ ， Ｃ分别表征 无辐射 复合 、 自发辐 射复合和俄歇复合系数 ， ｒ为模 式限制因子，壳 为光子 能量 ， Ａ 一 为有源 区横截面积 ， Ⅱ 为增益介质 内部损耗 ， ｈ 为光子能
和 光循环器 （ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ） 进入调制 Ｓ Ｏ Ａ 中， Ｐ Ｃ是 用 来 控 制 光
ａ Ｐ
— — —
＝ 一
ｍ
一
＝ ＿ ・ ＋
， Ｊ
（ ２ ）
ｄ
—
（Ｔ ）
Ｚ，
一
：
一
［ Ｉ ， ， （ ｚ ， ） 一 】 。 ， （ ｚ ， ）
摘要 ： 设计 了半 导体 激光器的模 型 ， 它包含 两个半导体光放 大器（ Ｓ Ｏ Ａ） ， 其 中一个 Ｓ Ｏ Ａ充 当调制器（ 调制 Ｓ Ｏ Ａ） ， 另一个 Ｓ Ｏ Ａ 充 当增 益介 质（ 增益 Ｓ Ｏ Ａ ｏ对该模型进行 了理论分析及数值模拟 ， 结果表 明 ： 适 当调 节调 制 Ｓ Ｏ Ａ的偏置 电流 ， 在 增益 Ｓ Ｏ Ａ的偏置 电流实现 小信 号净增益 大于零的情况下 ， 激光 器能够输 出高峰值功率 、 窄脉 宽的锁模脉 冲 ； 调节注入脉
冲， 最终可以输 出重复频率为 ２ ５ Ｇ Ｈｚ的稳 定光脉 冲序 列。
关键词 ： 半 导体 光放 大 器 ； 交 叉增 益 调 制 ； 交 叉 相 位调 制
中图分类号 ： Ｔ Ｎ２ ４ ８ ． ３ ５
文献标识 码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ 。 ｌ １ ３ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ ． ０ ０ ６ ３ ． ０ ３ 生 的信号光脉冲 的频率 ， 当 ＝ 西（ 为环行腔的基频， ｎ 为 整数Ｊ 时， 即满足激光器实现谐波锁模的条件， 在激光器腔 内的 脉冲才能每次经过 调制 Ｓ Ｏ Ａ时都能获得 最大 的透过率 ， 脉冲
Ｉ Ｉ Ｉ 一ＬＩ Ｉ ｌ ， Ｂｉ ａｓ
３ Ｐ Ｉ ， ｊ （ ｚ ， Ｔ ）
—
—
一
：
［ ｒ ｇ Ｊ ， ， （ ｚ ， ） 一‰ 】 ， ， ， ）
．
１
寻 一￣ ｒ ａ ｊ ｇ （ Ｎ Ｓ ＯＡ 的第 ． 『段 ， Ｍ 是第 段 的载 流 子密 度 ，
２ ０ １ ４年第 ２期
（ 总第 １ ３ ４期）
信 息 通 信
１ ＮＦ ＯＲ Ｍ ＡＴＩ ＯＮ ＆ ＣＯＭ ＭＵＮＩ ＣＡＴ１ ０ＮＳ
２０１ ４
（ Ｓ ｕ ｍ ．Ｎ ｏ １ ３ ４ ）
半导体激光器 的设计 与数值研 究
杨文艳 ， 刘春兰
（ 重庆科技 学院 数理 学院， 重庆 ４ ０ １ ３ ３ １ ）
ｍ、 ｆ 分别 对应 调制 信 号脉 冲和 锁模 脉 冲是 在第 ． ， 段 的光 功
率， Ｔ ｒ ｆ — Ｚ ／ ｖ ， ｖ 为Ｓ Ｏ Ａ中 的群速 度Ｊ 是在 随脉冲运 动的参 照系 中所测得 的时 间， ，是调制 Ｓ Ｏ Ａ的注入 电流， 是调制
Ｓ Ｏ Ａ 的体 积 ｑ ， 是 电子 电荷 ， 是载流子寿命 ， 其 表 达 式为 ：
不断被压 窄， 并在 增 益 Ｓ Ｏ Ａ得 到 放 大 ， 最 终 从耦 合 器 的输 出端
０ 引言
随着激光技术 的迅速发展， 主动锁模掺铒环形光纤激光器 由于能够输出高重复频率、 近变换极限的超短光脉冲“ ， 而倍受 关注。但光纤锁模激光器 的腔长较长， 环境的微小变化就会 导
致腔长发生漂移 ， 从而产生相位噪声， 相位噪声引起输出锁模脉 冲的幅度不稳定 ， 严重时会使激光器失锁 。尽管相关研究人 员 已经提 出了许多解决方案 ， 且激光器的输 出性能得到了极
空间发生变化 ， 为 了更 准 确 地 模 拟 光 脉 冲 在 调 制 Ｓ Ｏ Ａ 中 的 传
输特性 ，采用分段模型进行处理 。在调制 Ｓ ＯＡ的不同位置 ， 载流子密度及光功率满足 以下方程 ：
ｌ理 论模 型
图 １ 给 出了半导体激光器 的结构示意 图。分布反馈激光 二极管 （ Ｄ Ｆ Ｂ ． Ｌ Ｄ） 输出的调制光脉冲 ， 通过偏振控制器 （ Ｐ Ｃ）
（ ３ ）
（ ４ ）
场 的偏振态 。 ， 利用调制 Ｓ Ｏ Ａ 的交叉增益调制 （ ＸＧＭ） 和交叉 相位调制（ ｘＰ Ｍ） 实现对注入光脉冲的调制 以获得超短光脉冲， 增益 Ｓ Ｏ Ａ提供增益 以克服脉冲在腔 内传输 时的损耗 ， 环路 中 的光隔离器用 以保证光单 向传输 ，可调滤波器用来控制和调 节起振 的中心频率，同时减 小 Ｓ Ｏ Ａ 的 自发辐射 噪声 ， 最终锁 模 脉冲 从光纤耦合器 （ Ｏｃ ） （ 其耦合 比为 ５ ： ９ ５ ） 输出 。
大的改善， 但这些方案使激光器 的结构变得更为复杂 ， 且成本较 高。基于此， 本文结合半导体光放大器 （ Ｓ Ｏ Ａ） 具有非线性系数 大（ 通常比光纤的非线性系数大三至四个数量级） 、 响应速度快， 易于集成， 对偏振不敏感等优 点， 将其应用于谐波锁模激光器技 术中。 本文设计 了一种半导体激光器模型， 在考虑 Ｓ Ｏ Ａ 中增益 压缩和 非线性增益的情况下 ， 研究 了此激 光器 的输 出特性。通 过观察实验现象与数值仿真结果得知， 此激光器简化 了系统 的 构成， 降低了成本 ， 这将对实际工作具有一定的指导意义 。
输 出重复频率为 的稳定的锁模光脉冲 。当激光器稳定后，
光脉冲在腔 内传播一周后 ， 能实现 自再现 。 在Ｓ Ｏ Ａ 中传输的光脉冲的复振幅可表示为：
Ａ ｍ ， ） ＝Ａ ｉ ． ） ［ Ｇ（ ｆ ） 】 ｅ ｘ ｐ ｛ ｉ ［ Ｏ ＋①皿】 ）
相移 ，
（ １ ）
式中Ｇ （ ｔ ） 为放大器的增益 ， ｚ 为光脉冲经过 Ｓ ＯＡ的线性 为 光脉 冲经 过 Ｓ Ｏ Ａ获得 的非线性相移 。由于存在 受激辐射 ， 光脉冲在 Ｓ Ｏ Ａ 中传输 时， 载流子密度将随时 间和