减反膜外腔半导体激光器特性的研究

论文摘要

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。

论文目录

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