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光栅外腔半导体激光器的输出特性研究

作　者: 雷平顺
导　师: 付跃刚
学　校: 长春理工大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 外腔半导体激光器闪耀光栅输出功率线宽压窄数值模拟
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于外腔半导体激光器(ECSL)的输出激光具有窄线宽、可调谐、频率稳定等突出优点,因而在高分辨率光谱分析、光纤通信、计量检测、生物医学诊断等领域有着广泛的应用前景。本文以光栅外腔半导体激光器为研究对象,首先介绍了外腔半导体激光器的发展状况和应用前景。然后在对半导体激光器和闪耀光栅全面分析的基础上,从强反馈条件下外腔半导体激光器的速率方程出发,对外腔半导体激光器的振荡特性、选模、功率输出、线宽压窄和波长调谐特性进行了分析,并利用Matlab软件和Origin软件对影响Littrow型光栅外腔半导体激光器输出功率和线宽压窄的各种因素进行了数值模拟分析。在理论分析和数值仿真的基础上,研制了单纵模高质量激光输出的光栅外腔半导体激光器,连续输出功率达到180mW(工作电流为400mA),阈值电流由原来的165mA降至118mA。最后用各种方法对实验搭建的光栅外腔半导体激光器的输出特性进行了测试。并重点介绍了线宽的测量方法,最终使用零拍法测得激光器的光谱线宽为20KHz,激光器可以连续输出工作稳定度的激光。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 引言  8
  1.2 外腔半导体激光器的发展和研究现状  8-9
  1.3 外腔半导体激光器的应用  9-11
    1.3.1 相干光通信系统  9-10
    1.3.2 光纤通信波分复用技术  10
    1.3.3 干涉测量技术  10-11
  1.4 课题的主要工作和内容安排  11-12
第二章基础知识  12-27
  2.1 半导体激光器  12-22
    2.1.1 半导体激光器简介  12-14
    2.1.2 半导体激光器性能分析  14-18
    2.1.3 半导体激光器的模式振荡理论  18-22
  2.2 闪耀光栅  22-26
    2.2.1 闪耀光栅原理  22-24
    2.2.2 闪耀光栅的衍射效率  24-26
  2.3 光栅外腔半导体激光器  26
  2.4 本章小结  26-27
第三章外腔半导体激光器性能分析及数值模拟  27-39
  3.1 外腔半导体激光器的振荡特性  27-29
    3.1.1 速率方程  27-28
    3.1.2 外腔作用下的稳态振荡条件  28-29
  3.2 选模  29-30
  3.3 功率输出  30-32
  3.4 线宽压窄  32-35
  3.5 外腔半导体激光器的波长调谐  35-38
    3.5.1 温度调谐特性  35-36
    3.5.2 电流调谐特性  36
    3.5.3 机械调谐特性  36-38
  3.6 本章小结  38-39
第四章光栅外腔半导体激光器的实验研究  39-44
  4.1 器件选择  39-40
    4.1.1 激光二极管  39
    4.1.2 准直透镜  39-40
    4.1.3 光栅  40
  4.2 光栅外腔半导体激光器的机械结构  40-41
  4.3 外腔半导体激光器的驱动电路和温控电路  41-42
    4.3.1 外腔半导体激光器驱动电路  41
    4.3.2 外腔半导体激光器温控电路  41-42
  4.4 实验调节  42-43
    4.4.1 光路准直  42
    4.4.2 调节光栅及二次调节准直  42-43
  4.5 本章小结  43-44
第五章光栅外腔半导体激光器的输出特性测量  44-53
  5.1 激光器输出特性测量系统  44-45
    5.1.1 测量系统的组成  44
    5.1.2 测量中所用到的仪器及精度  44-45
  5.2 外腔半导体激光器的功率特性  45
    5.2.1 外腔半导体激光器的阂值特性  45
    5.2.2 外腔半导体激光器的功率稳定性  45
  5.3 外腔半导体激光器的波长特性  45-47
    5.3.1 中心波长的稳定性  46
    5.3.2 中心波长的调谐特性  46-47
  5.4 外腔半导体激光器的线宽测试  47-52
    5.4.1 光纤光谱仪测量外腔半导体激光器的线宽  47
    5.4.2 F-P腔光谱分析仪测量外腔半导体激光器的线宽  47-49
    5.4.3 零拍法测量线宽  49-52
  5.5 本章小结  52-53
结论  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-58
攻读硕士期间发表的文章  58

光栅外腔半导体激光器的输出特性研究

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