中文摘要
本論文為無鍍抗反射膜光纖光柵雷射光譜特性之研究。首先探討光纖頭端錐形鏡頭的製作與對耦合效率的關係，以製作出良率與耦合效率高的光纖頭端錐形鏡頭，在最佳錐形光纖鏡頭的研製下可達到60％的高耦合效率。將1.55mm無鍍抗反射膜的法彼－珀羅半導體雷射外加50％、70%和86%等不同反射係數的光纖光柵，組成一個外部共振腔雷射(FGECL)模組，並藉由外部共振腔雷射之理論模擬得到在不同相關參數時的光譜特性。針對耦合效率與穩定的單頻光源輸出進行研究，在室溫與2-3倍的臨界電流條件下，輸出光譜之旁模壓抑比(SMSR)可達35dB，其光功率可以達到1.5mW以上。

ABSTRACT

The spectral characteristics for non-AR coated fiber grating lasers were studied theoretically and experimentally. The lensed fiber was used to improve coupling efficiency between laser and fiber. The tapered fibers were fabricated by using the mixture of HF and oil with different density to increase etched taper angle. The coupling efficiency could reach more than 60%. A single-mode operation for a fiber grating external cavity laser (FGECL) was simulated. The results showed that the SMSR, emitted power, and wavelength drift were dependent on the related device parameters. Our calculations showed that the strong current-dependent SMSR oscillation was from the mode selection by the fiber grating external cavity and the heating effect in the Fabry-Perot (FP) laser. A 1.55mm FP laser chip that one facet was coated a high reflectivity (HR) of 90% and another facet was uncoated. In our experiment and simulation of FGECL, the reflectivity of fiber gratings were 50% and 70% and 86%, and the length of external cavity was about 0.9cm. The measured result of FGECL showed that the side-mode suppression ratio (SMSR) was more than 35dB and the output power was larger than 1.5mW at the injected current 2 to 3 times of threshold current. Furthermore, the spectrums of fiber grating external cavity lasers were studied in order to understand the external laser characteristics.

內容目錄
頁 次
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
致謝 Ⅲ
內容目錄 Ⅳ
圖表目錄 Ⅶ
第一章 緒論 1
1-1. 研究背景 1
1-2. 研究目的 4
1-3. 論文架構 4
第二章 光纖透鏡的原理與製作 6
2-1. 光纖錐角的製作方法 7
2-2. 光纖錐角蝕刻結果 8
2-3. 光纖錐角與機油密度關係之計算 9
2-4. 光纖鏡頭製作 10
第三章 法彼-珀羅雷射與光纖透鏡之耦光量測 19
3-1. 法彼-珀羅雷射與不同曲率半徑的光纖透鏡耦合 19
3-2. 耦合效率探討 20
第四章 光纖光柵外部共振腔雷射之理論模擬 30
4-1. 模型分析 30
4-1.1 法彼-珀羅雷射之速率方程 30
4-1.2 外部共振腔雷射之速率方程 31
4-2. 數值模擬 33
4-3. 模擬之結果與結論 33
第五章 光纖光柵外部共振腔雷射之量測結果 40
5-1. 光纖光柵外部共振腔雷射之實驗架構 40
5-1.1 外部共振腔之原理 41
5-1.2 元件損耗之量測 42
5-2. 光纖光柵之原理 42
5-2.1 光纖光柵之製作 42
5-2.2 光纖光柵反射率之量測 43
5-3.法彼-珀羅雷射與光纖光柵之外部共振腔雷射光譜分析 44
5-3.1 法彼-珀羅半導體雷射之光譜 44
5-3.2 光纖光柵外部共振腔雷射之功率-電流分析 44
5-3.3 光纖光柵外部共振腔雷射之旁模壓抑比(SMSR)探討 45
5-3.4 光纖光柵外部共振腔雷射之波長特性 45
第六章 結論與未來工作 55
6-1. 結論 55
6-2. 未來工作 57
參考資料 58
圖表目錄
表2-1 熔燒參數 17
表3-1 熱敏電阻之溫度-電阻值關係 29
表4-1 模擬參數 38
圖1-1 法彼—珀羅雷射示意圖 5
圖1-2 光纖光柵溫度補償封裝技術 5
圖2-1 光學透鏡組合 12
圖2-2 蝕刻單模光纖實驗設備 12
圖2-3 蝕刻未完成之光纖 13
圖2-4 蝕刻時間與光纖錐角成形圖 13
圖2-5 覆蓋不同機油厚度隨時間與蝕刻錐角之關係 14
圖2-6 機油比重與蝕刻錐角之關係 14
圖2-7 位置與機油密度的關係 15
圖2-8 光纖錐角示意圖 15
圖2-9 最佳熔燒之時間-電流示意圖 16
圖2-10 香蕉狀之光纖頭端 16
圖2-11 不同角度的光纖鏡頭 18
圖3-1 耦光實驗架構 23
圖3-2 光纖透鏡耦合的架構 23
圖3-3 U形槽長方體銅質基座 24
圖3-4 致冷器示意圖 24
圖3-5 耦光效率與光纖透鏡曲率半徑的關係 25
圖3-6 距離中心不同距離的曲率分析 25
圖3-7 雷射與不同光纖鏡頭之耦光量測 26
圖3-8 雷射水平方向之遠場發散角 26
圖3-9 雷射垂直方向之遠場發散角 27
圖3-10 光纖鏡頭中心與耦合效率關係 27
圖3-11 工作距離示意圖 28
圖3-12 光纖透鏡耦合之工作距離 28
圖4-1 (a)光纖光柵外部共振腔模型 36
(b)半導體雷射加裝光纖光柵之簡單示意圖 36
(c)半導體雷射加裝光纖光柵之等效共振腔示意圖 36
圖4-2 不同光纖光柵反射率(Rg)下，法彼珀羅雷射
前端反射率(R2)與旁模壓抑比(SMSR)之關係 36
圖4-3 外部共振腔長(Lext)與旁模壓抑比(SMSR)之關係 37
圖4-4 電流密度與臨界電流密度之比值(J/Jth)與SMSR
之關係 37
圖5-1 光纖光柵外部共振腔雷射之量測架構 46
圖5-2 光纖光柵外部共振腔原理示意圖 47
圖5-3 元件損耗量測 48
圖5-4 光纖光柵製作示意圖 48
圖5-5 光纖光柵特性量測 49
圖5-6 光纖光柵穿透光譜 49
圖5-7 光纖光柵反射光譜 50
圖5-8 法彼-珀羅半導體雷射之光譜 50
圖5-9 法彼-珀羅半導體雷射之溫度與波長關係 51
圖5-10 法彼-珀羅半導體雷射之電流與波長關係 51
圖5-11 光纖光柵外部共振腔雷射(FGECL)之功率-電流關係 52
圖5-12 FGECL之電流與旁模壓抑比(SMSR)關係 52
圖5-13 不同反射率的光纖光柵之L-I曲線與單模範圍 53
圖5-14 FGECL雷射產生單模態時之光譜 53
圖5-15 光纖光柵外部共振腔雷射之電流與波長關係 54
圖5-16 光纖光柵外部共振腔雷射之雷射溫度與波長關 54

參考文獻

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