μ-MOPA Architecture for Photonic Integrated Solid State Laser
Yale University（耶鲁大学）
本文提出一种基于微芯片主振荡功率放大器（μ-MOPA）架构的光子集成Nd:YAG激光放大器系统，通过双谐振微环种子激光器和单程波导放大器实现低阈值和高增益，输出功率超过12 dBm。
2026-06-19 physics.optics
Coating-free monolithic fused silica resonator via total internal reflection for precision laser stabilization
LIGO Laboratory, Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系LIGO实验室）；Montclair State University（蒙克莱尔州立大学）
针对光学参考腔薄膜涂层布朗噪声限制精密计量的问题，研究人员研发出基于全内反射的无涂层单片熔融石英谐振器，模式体积达现有同类最大，可用于激光稳频及精密计量，为突破频率稳定极限提供新路径。
2026-08-03 physics.optics
Frequency-doubled Nd:YAG MOPA laser system with programmable rectangular pulses up to 200 microseconds
研制了一种紧凑型倍频激光二极管抽运Nd：YAG主振荡器功率放大器激光系统。模拟脉冲整形的输出从一个单一的频率连续波Nd：YAG振荡器，和随后的放大，允许脉冲长度的顺序上的Nd：YAG荧光寿命的矩形脉冲的产生。在2 Hz的重复频率下获得了1064 nm光的时间平顶脉冲，脉冲能量为520 mJ，峰值功率为2.6 kW，持续时间为200 $μ$ s，线宽低于10 kHz。LBO晶体中的二次谐波产生产生在532 nm处产生262 mJ和1.3 kW峰值功率的脉冲。在激光脉冲的持续时间内，峰值功率可以保持在2.9%以内，并且观察到1.1%的长期强度稳定性。放大器中使用的1064 nm的空间平顶光束在二次谐波产生期间被转换为具有光束品质因数$M^2=1.41(14)$的532 nm的高斯光束。该系统有潜力作为钛：蓝宝石，染料，或光学参量放大器的泵浦源，以产生可调谐的高功率单频辐射的应用在精密测量和激光减速。
2021-06-15 physics.atom-ph physics.optics
Laser induced broad band white emission from transparent Cr4+:YAG ceramics: Origin of broadband emission
Institute for Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院低温与结构研究所）
本研究从透明Cr:YAG陶瓷中观察到激光诱导的白光发射，仅在表面出现且强度随功率密度指数增长，通过多光子吸收等模型探讨了其起源。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Oscillation regimes of a solid-state ring laser with active beat note stabilization : from a chaotic device to a ring laser gyroscope
报道了一种具有主动稳拍功能的旋转二极管泵浦Nd-YAG环形激光器的实验和理论研究。我们的实验装置是在通常的麦克斯韦-布洛赫形式主义。我们解析地推导出了固体激光陀螺的稳定性条件和一些频率响应特性，说明了模式耦合效应对这种装置的动力学的重要作用。实验数据和比较与理论的基础上，现实的激光参数，显示出很好的协议。我们的研究结果说明了二极管泵浦的固态环形激光器的非常丰富的非线性动力学（包括混沌行为）和获得非常稳定的拍音的可能性之间的双重性，从而产生一种潜在的新型旋转传感器。
2007-06-20 physics.optics
Hybrid optical and electronic laser locking using spectral hole burning
我们报道了一种窄线宽激光二极管系统，该系统利用低温Tm：YAG中的光谱孔的光学和电子反馈来稳定。该激光系统具有非常低的相位噪声。两个激光器之间的拍频信号在毫秒时间尺度上的频谱要么受到傅立叶限制，要么受到-111dBc/Hz噪声基底的限制。由此产生的激光器非常适合于涉及稀土离子掺杂剂的量子光学和传感应用。
2010-08-02 physics.optics
Rational Chebyshev Spectral Transform for the dynamics of high-power laser diodes
这份手稿详细介绍了使用合理的切比雪夫变换来描述高功率激光二极管的横向动力学，无论是宽面积激光器，指数引导激光器或单片主振荡器功率放大器设备。该谱方法可以与\cite{JB-OE-12}中开发的延迟代数方程方法结合使用，从而大大减少了计算时间。该理论是以这样一种方式，它涵盖了在\cite{PJB-JSTQE-13}作为一个特定的情况下提出的傅立叶谱变换的情况。它也被扩展到考虑与任意的轮廓的索引引导。因为它们的定义域是无限的，所以切比雪夫有理函数的收敛性质允许以比先前研究的傅立叶方法更高的精度处理边界条件。作为实际的例子，我们解决了光束传播问题，没有指数引导：我们获得了优异的结果和改善的集成时间之间的一个和两个数量级相比，一个完全分布的二维模型。
2014-07-02 physics.optics
Hybrid integrated mode-locked laser diodes with a silicon nitride extended cavity
集成半导体锁模激光器在许多应用中显示出前景，并且使用通用InP光子集成平台容易制造。然而，在这种平台中提供的无源波导具有相对高的线性和非线性损耗，这限制了这些激光器的性能。通过用例如外腔扩展这种激光器，可以显著提高性能。在本文中，我们首次证明了高性能锁模激光器可以实现与对接耦合集成技术，使用芯片级氮化硅波导。采用独立于平台的SiN/SU 8耦合器设计来耦合氮化硅外腔和III/V有源芯片。锁模激光器在2.18 GHz和15.5 GHz的重复率证明与洛伦兹RF线宽几个数量级小于已被证明在单片InP平台。对于2.18 GHz激光器，RF线宽为31 Hz。
2021-03-03 physics.optics
Low-Drift-Rate External Cavity Diode Laser
本文设计并验证了一种采用近单片铝结构的低成本外腔二极管激光器，在852 nm处实现1.4(1) MHz/h的低自由运行频率漂移率，并通过热仿真表明漂移主要受激光二极管老化限制。
2022-05-25 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Linewidth enhancement factor measurement based on FM-modulated optical injection: application to rare-earth doped active medium
提出了一种测量激光器线宽增强因子的新方法。它是基于频率调制的光注入，结合双频激光器操作。利用标准速率方程模型，从实验数据中推导出线宽增强因子α。由于腔内功率保持恒定，因此该方法允许将过程从通常存在于AM/FM技术中的热效应中释放出来。在二极管泵浦的Nd：YAG激光器中测量α=0.28 $\pm$ 0.04表明该方法非常适合于表征小的α值。
2017-03-09 physics.optics
1.3kW monolithic linearly-polarized single-mode MOPA and strategies for mitigating mode instabilities
报道了全光纤保偏MOPA对1064nm线偏振激光器的高功率放大，其输出功率可达1.3kW。主放大器采用6个915 nm激光二极管泵浦，斜率效率为65.3%。在全功率操作下测量的光束质量（M2）为<1.2。光纤放大器的偏振消光率在模式不稳定性（MI）发生前测得为94%以上，MI发生后降至90%左右。基于一种新的半解析模型，分析了抑制MI策略的功率缩放能力，理论结果与实验结果一致。结果表明，在标准双包层大模场面积光纤中，通过对增益光纤进行缠绕来减小MI是一种有效而实用的方法，将增益光纤缠绕成半径为5.5cm的紧圈，MI阈值可以提高到未缠绕或松圈时的3倍。实验结果表明，采用紧绕的方法可以有效地抑制放大器中的MI。
2014-10-23 physics.optics
GaAs nano-ridge laser diodes fully fabricated in a 300 mm CMOS pilot line
在300 mm CMOS试验线上全制造了首批电驱动GaAs基多量子阱激光二极管，展示了室温连续波激射及优异性能，验证了III-V/Si纳米脊单片集成概念在硅光子学中的潜力。
2023-07-20 physics.app-ph physics.optics
1.5 GHz Pulse Generation From a Monolithic Waveguide Laser With a Graphene-Film Saturable Output Coupler
我们在输出耦合镜上镀上石墨烯薄膜，制成可饱和吸收镜。然后，这是用来获得Q开关锁模从二极管泵浦的线性腔波导激光器刻在掺镱铋酸盐玻璃，具有高的斜率和光转换效率。该激光器产生了1039nm的锁模脉冲，重复频率为1.5GHz，平均输出功率为202mW。这种性能是由于石墨烯可饱和吸收体与高质量激光玻璃的组合。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A vibration-insensitive optical cavity and absolute determination of its ultrahigh stability
我们使用的三角帽的方法来评估三个不同的超稳参考腔，其中一个具有振动不敏感的设计，甚至不需要振动隔离的绝对频率稳定性。Nd：YAG激光器和二极管激光器被实现为光源。我们观察到所有三个腔之间的$\sim1$ Hz拍音线宽。测量结果表明，该谐振腔在100 $μ$ s ~ 200 s的整个测量时间内具有良好的频率稳定性。一个绝对的，相关删除艾伦偏差的$1.4\times10^{-15}$在1秒的这个腔，给出了一个频率的不确定性只有0.44赫兹。
2009-04-06 physics.optics
Generation of optical vortices in a degenerate optical resonator with an intra-cavity spiral phase plate
我们提出利用一个简并的光学谐振腔和一个腔内的螺旋相位板（SPP）来产生光学涡旋。在谐振腔中沿倾斜V形路径折回的光线被锁相，形成波前位错反映SPP拓扑电荷的涡旋激光。实验表明，当泵浦功率大于1.52W时，Nd：YAG晶体在1064nm波长处产生随机偏振光涡旋，斜率效率为0.19。对于长期运行的功率波动为2.2\%和指向稳定性为2.6 $μ$拉德的测量。该系统也为研究激光动力学和相干合成辐射提供了一个有用的平台。
2017-07-03 physics.optics
Cascade-gain-switching for generating 3.5-um nanosecond pulses from monolithic low-cost fiber lasers
我们提出了一种新的激光器配置，可以输出3.5- $μ$ m纳秒激光脉冲的基础上一个简单的单片光纤结构。级联增益开关，通过两个连续的增益开关过程将纳秒脉冲的波长从1.55 $μ$ m转换为3.5 $μ$ m。级联增益开关不需要使用特殊波长的昂贵泵浦源和用于Q开关或锁模的大体积有源或无源调制元件，而仅需要电调制的1.55- $μ$ m脉冲激光器和两个连续波（CW）975-nm激光二极管的泵浦。它们都是光纤通信应用的标准产品，可以大大降低中红外激光脉冲产生的成本。为了研究这种配置的可行性，我们数值模拟级联增益开关过程的综合速率方程模型。在单次激发状态下，对于稳定的3.5- $μ$ m脉冲激光，CW 975-nm泵浦应在1.55- $μ$ m脉冲泵浦之前至少$\sim500$ $μ$ s开启。结果表明，1.55- $μ$ m泵浦脉冲宽度对中间1.97- $μ$ m脉冲的时间形状有较大影响，而对产生的3.5- $μ$ m脉冲的影响则可以忽略。当泵浦功率小于$\sim4$ W时，增大连续泵浦功率可以显著提高输出峰值功率，缩短脉冲。在重复脉冲模式下，我们发现当重复频率为$<=100$ kHz时，可以稳定地输出3.5- $μ$ m脉冲训练序列。随着重复率增加，达到稳定操作的持续时间增加。当重复频率大于100 kHz时，不能建立稳定操作，因为消耗$Er^{3+}$离子的$^4I_{11/2}$能级上…
2018-05-27 physics.optics
Powering Monolithic and Hybrid Organic Optical Waveguides via Integrated Focused Micro-LEDs for Sustainable Photonic Circuits
本文提出利用UV LED激发柔性有机晶体波导，实现蓝、橙、黄荧光信号转换，展示聚焦LED在机械弯曲、能量转移和混合方向耦合器中的应用，为可见光通信提供可持续解决方案。
2024-02-29 physics.app-ph physics.optics
Battery-operated mid-infrared diode laser frequency combs
本文提出一种电池供电的中红外量子阱二极管激光频率梳，在低功耗下实现窄线宽、高光谱均匀性和毫瓦级功率，并验证了微秒级可调的双梳光源，为芯片化实时传感奠定基础。
2024-01-27 physics.app-ph physics.optics
Artificial optoelectronic spiking neuron based on a resonant tunnelling diode coupled to a vertical cavity surface emitting laser
可激发的光电器件代表了在神经形态（脑启发）光子系统中实现人工尖峰神经元的关键构建块之一。本文介绍并实验研究了一种光-电-光（O/E/O）人工神经元，该人工神经元以共振隧穿二极管（RTD）作为接收器，以垂直腔面发射激光器作为发射器。我们证明了一个定义明确的兴奋性阈值，在此之上，这个神经元产生100纳秒的光学尖峰响应与特征神经样不应期。我们利用其扇入功能来执行设备内符合检测（逻辑与）和异或（XOR）任务。这些结果提供了第一个实验验证的确定性触发和任务的RTD为基础的尖峰光电神经元的输入和输出光（I/O）终端。此外，我们还在理论上研究了所提出的系统的纳米光子实施与单片设计相结合的纳米级RTD元件和纳米激光器的前景;因此，展示了集成RTD为基础的可激发节点的潜力低足迹，高速光电尖峰神经元在未来的neuromorphic光子硬件。
2022-06-22 cs.ET cs.NE physics.app-ph
Theory of the ultrafast mode-locked GaN lasers in a large-signal regime
建立了高功率慢吸收被动锁模激光器的解析理论。与以前的处理不同，我们的模型在脉冲能量远远超过吸收体的饱和能量时是有效的。这是通过在脉冲能量域表示中求解锁模主方程来实现的。利用该方法分析了单片亚微微秒蓝紫GAN锁模二极管激光器在高功率工作模式下的性能。
2011-04-17 math-ph math.MP physics.optics
An electrically-driven Carbon nanotube-based plasmonic laser on Silicon
针对传统半导体激光器调制带宽受限的问题，理论提出一种单片集成于硅光子晶体纳米梁腔的电驱动碳纳米管等离激元激光器，模拟显示其在电信频段实现高功率输出与超高速调制。
2023-05-17 physics.optics quant-ph
Narrow-linewidth, piezoelectrically tunable photonic integrated blue laser
本研究首次实现约461 nm的光子集成蓝光激光器，通过氮化镓激光二极管与低损耗氮化硅高Q微腔混合集成实现低相噪频率捷变，结合氮化铝压电调谐实现高速无跳模啁啾，可应用于水下通信与相干传感。
2025-08-04 physics.optics
Frequency agile photonic integrated external cavity laser
近年来，随着超低损耗氮化硅集成光子电路的发展，新一代集成激光器有望实现光纤激光相干。然而，这些装置目前基于分布反馈（DFB）激光二极管的自注入锁定，从而增加了成本并且需要调谐用于其操作的激光器设定点。相比之下，交钥匙传统激光系统使用反射式半导体光放大器（RSOA）。虽然该方案已被用于基于光子学的集成激光器，但到目前为止，还不存在低噪声且同时具有调频连续波（FMCW）LiDAR或频率计量中的激光锁定所需的快速、无模式跳变和线性频率调谐的成本有效的基于RSOA的集成激光器。在这里，我们克服了这一挑战，并展示了基于RSOA的频率捷变集成激光器，可以在低功率下高速调谐，具有高线性度。这是通过在基于游标滤波器的激光器方案中将压电致动器单片集成在超低损耗氮化硅光子集成电路上来实现的。该激光器工作在1550 nm，具有6 mW的输出功率，400 Hz的固有激光线宽，并允许在7 ns的上升时间和75 nW的功耗超快波长切换。此外，我们证明了FMCW激光雷达的适用性，通过显示激光频率调谐超过1.5 GHz，在100 kHz的三角线性调频频率与线性化后的非线性度为0.25%，并使用该源测量目标场景10米远，距离分辨率为8.5厘米。
2023-03-20 physics.app-ph physics.optics
