光纤光栅外腔半导体激光器输出特性研究

光纤光栅外腔半导体激光器的输出特性是光学通信、光子学领域中的一个重要研究课题。这种激光器利用光纤光栅作为外部腔镜，可以实现对激光输出特性的精确调控。本文由李松柏、邓涛和吴加贵等人进行研究，主要探讨了光纤光栅外腔半导体激光器（Fiber Bragg Grating External Cavity Semiconductor Laser，简称FGECL）的输出谱和P-I（功率-电流）特性，并通过射线法和载流子速率方程进行了理论建模和数值模拟。 首先，光纤光栅是一种特殊的光学器件，其功能是反射特定波长的光，而让其他波长的光通过。在FGECL中，光纤光栅作为外腔的一部分，能够决定激光器的增益带宽和输出光谱。通过射线法，研究人员考虑了增益随波长的变化，从而推导出激光器的输出谱和输出功率的数学表达式。这种方法能够揭示激光器内部光场分布和能量转换的过程。 接着，载流子速率方程是描述半导体激光器中电子和空穴动态行为的关键工具。结合这个方程，作者对外腔半导体激光器的输出谱的精细结构进行了深入分析。他们发现，当激光器的前端面反射率减小时，输出谱在反射带宽内呈现出更为稳定的多峰结构。这表明，通过调整前端面反射率，可以有效控制激光器的输出模式和稳定性。 此外，对P-I特性的模拟研究表明，随着前端面反射率的降低，P-I特性曲线的抖动现象减弱，趋向于线性变化。这意味着电流与输出功率之间的关系变得更加线性，这对于实际应用中的激光器控制和稳定性具有重要意义。线性P-I特性有利于提高激光器的工作效率和稳定性，使其在通信、传感和光谱分析等应用中表现更优。 这项研究揭示了光纤光栅外腔对半导体激光器输出特性的影响，特别是在优化输出谱和改善P-I特性方面的潜力。通过精细调节前端面反射率，可以实现对激光器性能的定制，以满足不同应用场景的需求。这些研究成果对于推动光纤光栅外腔半导体激光器在光学通信、光纤传感和光信息处理等领域的发展具有积极的理论指导和实践价值。