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减反膜外腔半导体激光器特性的研究

作　者: 刘四平
导　师: 张天才
学　校: 山西大学
专　业: 光学工程
关键词: 减反膜半导体激光器 强度噪声 线宽 调谐特性 频率锁定
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 31次
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内容摘要


1962年世界上第一台半导体激光器问世。经过几十年来的研究,半导体激光器得到了惊人的发展,波长从红外、红光到蓝绿光,覆盖范围逐渐扩大,各项性能参数也得到了很大的提高。半导体激光器具有效率高、体积小、重量轻、结构简单、便于直接调制等优点,其应用领域日益扩大。半导体激光器有两个显著缺点:辐射光具有很大的发散性并具有较宽的谱宽,通过透镜可以对激光输出光束进行准直。外腔半导体激光器的发展大大改善了半导体激光器的性能。随着性能的提高,半导体激光器已经广泛地应用于光学技术、原子物理以及精密测量等许多领域。目前,固定波长半导体激光器的使用数量居各类激光器之首,某些重要应用领域过去常用的其他类激光器,已逐渐为半导体激光器所取代。尽管如此,在光频标、高分辨率光谱以及基础物理研究中需要超稳定(窄线宽)的激光光源,因而半导体激光器的特性也需要进一步提高。基于半导体激光器的广泛应用及发展需求,特别是本实验室在冷原子物理和腔量子电动力学研究方面的要求,本文利用外腔技术与减反膜技术相结合改善半导体激光器的性能,并对自制减反膜外腔半导体激光器的性能进行全面的研究与分析,包括线宽特性、噪声特性以及调谐特性。在实验上获得了成本低、阈值低(高效率)、输出功率稳定、线宽窄、噪声低以及调谐范围大的半导体激光光源。虽然与钛宝石激光器相比较,半导体激光器在其输出质量上还存在着一定的差距,但在原子操控与激光光谱研究中,这样的激光光源已经能够满足许多实验的需求。这类激光器在许多情况下为取代钛宝石激光器提供了可能。该研究对于扩展这类激光器的应用,尤其是在研究冷原子物理和激光光谱中对原子操控的影响,具有非常重要的意义。

全文目录


中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 半导体激光器的发展  11-12
  1.2 半导体激光器的应用  12-13
  1.3 半导体激光器的特点  13
  1.4 本文的工作安排  13-15
第二章 光栅外腔半导体激光器的原理  15-25
  2.1 外腔半导体激光器简介  15-17
    2.1.1 外腔技术的发展  15
    2.1.2 光栅外腔半导体激光器的基本结构  15-17
  2.2 外腔半导体激光器的工作原理  17-20
    2.2.1 模式选择  17-19
    2.2.2 频率调谐  19-20
    2.2.3 外腔决定的线宽压窄  20
  2.3 光栅外腔半导体激光器的光学反馈  20-23
    2.3.1 光学反馈的理论模型  21-22
    2.3.2 光学反馈区域的划分  22-23
  2.4 本章小结  23-25
第三章 减反膜外腔半导体激光器的系统设计与特性研究  25-39
  3.1 半导体激光器机械系统的设计和调试  25-28
    3.1.1 激光器系统整体设计思路  25-26
    3.1.2 自制半导体激光器的安装  26-27
    3.1.3 自制半导体激光器的测试  27-28
      3.1.3.1 阈值电流的测量  27
      3.1.3.2 输出波长的测量  27-28
  3.2 减反膜激光器的噪声特性  28-32
    3.2.1 强度噪声的来源  28-29
    3.2.2 自平衡零拍探测  29-30
    3.2.3 实验结果及分析  30-32
  3.3 减反膜激光器的线宽特性  32-35
    3.3.1 激光器线宽的理论分析  33-34
    3.3.2 外差拍探测技术  34
    3.3.3 实验结果与分析  34-35
  3.4 减反膜激光器的调谐特性  35-38
    3.4.1 背景介绍  35-36
    3.4.2 调谐特性的分析  36-37
    3.4.3 实验结果与讨论  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 半导体激光器的控制  39-49
  4.1 饱和吸收锁频  39-43
    4.1.1 背景介绍  39-40
    4.1.2 饱和吸收光谱原理  40-41
    4.1.3 实验结果  41-42
    4.1.4 实验改进与优化  42-43
  4.2 PDH锁频  43-47
    4.2.1 PDH锁频技术的原理  43-44
      4.2.1.1 射频边带的产生  43
      4.2.1.2 反射光场探测  43-44
    4.2.2 实验结果与讨论  44-46
    4.2.3 实验改进  46-47
  4.3 本章小结  47-49
总结与展望  49-51
参考文献  51-57
硕士期间完成的论文  57-59
致谢  59-61
个人简况及联系方式  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器 > 半导体激光器
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