半导体激光器的注入锁定研究

论文摘要

半导体激光技术近年来迅猛发展,且半导体激光器的性能不断提高。由于其体积小、寿命长、价格低、便于操作、波长可调谐,通常又是电流泵浦,近年来被广泛应用于光纤通信领域、高分辨率激光光谱和激光冷却与捕获等领域。但是,在激光冷却与捕获原子中,要求用于冷却的激光器具有功率高、频率稳、线宽窄等特点。在通常情况下,单模窄线宽的激光器一般工作于低功率的状态。当激光器输出功率高时,通常工作于高饱和状态下,而这常常易出现多模运转。如何获得窄线宽、大功率的单模激光输出成为人们研究的焦点。注入锁定技术的出现使这一难题迎刃而解。注入锁定是指用一个低功率、窄线宽的激光器(称主激光器)作为种子源注入到高功率激光器(称从激光器)中,在一定条件下,从激光器就可以在注入光频率处建立起稳定振荡,其自由运转模式则被抑制,从而跟随主激光器的频率运转,这时即达到注入锁定的目的。半导体激光器的一个缺点是输出功率比较小,而大功率的激光器又比较昂贵,所以利用注入锁定技术获得大功率的激光。实验将锁定在87Rb的D2线上外腔式半导体激光器(ECDL)的输出注入到普通的商用784nm激光二极管(LD)中,实现LD注入式锁定,获得输出功率为70mW,线宽1MHz的单模激光,用来实现87Rb原子的激光捕获。我们在这个实验的基础上进一步研究了注入种子激光功率,注入电流和温度等参数,对注入锁定的激光二极管的工作特性的影响,进一步导出电流和温度的变化破坏注入锁定的具体条件,从而获得最优化的注入锁定工作参数。另外由于注入场的大小还可以产生使半导体激光器产生不稳定性,出现激光混沌等现象。本文第一章绪论主要介绍了半导体激光器的发展历史；第二章对注入锁定的理论进行研究,得到半导体激光器的单模速率方程及锁定范围；第三章介绍了本论文中注入锁定的实验装置及其在冷原子领域的应用,并对实验结果进行分析,给出了注入功率、注入电流、温度等因素对注入锁定的具体影响；第四章理论上简要介绍由于注入场的不同使半导体激光器出现不稳定态,对激光混沌简要介绍。最后,总结下一步工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 半导体激光器的发展历史
• §1.2 注入锁定的发展历史
• 第二章 半导体激光器注入锁定研究机理
• §2.1 外腔式锁定
• §2.2 主从式锁定
• 第三章 半导体激光器注入锁定实验
• §3.1 注入锁定实验装置
• §3.2 饱和吸收稳频
• §3.3 注入锁定实现过程
• §3.4 注入锁定实验结果及讨论
• §3.4.1 注入光功率在从激光器锁定建立过程中的作用
• §3.4.2 温度在从激光器锁定建立过程中的作用
• §3.4.3 从激光器驱动电流在从激光器锁定建立过程中的作用
• §3.4.4 主从激光器偏振态在从激光器锁定建立过程中的作用
• §3.5 注入锁定技术在冷原子的应用
• 小结
• 第四章 半导体激光器中的混沌现象
• §4.1 混沌的定义
• §4.2 常见动力学现象
• §4.3 通向混沌的途径
• §4.3.1 倍周期分岔途径
• §4.3.2 通过阵发性通向混沌的切分岔途径
• §4.3.3 准周期运动通向混沌的途径
• §4.4 激光器中的混沌
• §4.4.1 激光器不稳定性
• §4.4.2 激光混沌的分类
• §4.5 单模半导体激光器的混沌模型
• §4.6 讨论
• 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表文章
• 致谢