双波长振荡的外腔半导体激光器设计及数值模拟

论文摘要

本论文主要研究双波长振荡的外腔半导体激光器。外腔半导体激光器由普通半导体激光器外部引入光学反馈元件构成,而双波长激光器能同时输出两个波长激光。本文采用外腔反馈的方法来实现双波长输出,为采用双波长激光器实现连续太赫兹波（THz）辐射研究做准备。 论文首先综述了双波长反馈外腔半导体激光器及其应用前景,并提出了本研究课题的任务和意义。接着介绍了目前已有的外腔反馈半导体激光器的基本理论成果,论述了外腔反馈中的动态变化机理等。按双波长可调谐输出要求,设计了以表面镀有V-形金条的毛玻璃为光学反馈元件（金条反射率在99%以上）的傅立叶变换外腔来实现双波长反馈与调谐,并对其进行光路计算得到反馈镜移动距离Δx与反馈的双波长波长差Δλ之间的关系为Δλ=dcosαΔx/mf,同时我们将该外腔结构做一些改变还可以得到其他类似的傅立叶外腔。论文对外腔反馈激光器的模式特性进行数值模拟,结果得到随着等效腔反馈率k值的增大,半导体激光器内稳定振荡的模式数目明显增加且总数为奇数2n+1,n=0,1,2…,工作模式由单模,向多模、混沌转化。在双波长反馈中两光波的反馈率基本相等时,有两个输出光波,且强度基本一致,而反馈率不等时两光波的输出强度出现明显变化,甚至只有一个光波输出,可见双波长之间是存在着明显的竞争关系。最后我们做了可调谐光栅单波长反馈半导体激光器实验研究,得到了反馈半导体激光输出的一些特性。 本文研究的内容涉及双波长振荡的外腔半导体激光器设计及数值模拟,同时进行了光栅单波长反馈实验,能够为双波长振荡外腔激光器以及THz波产生的进一步研究提供指导。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1-1 引言
• 1-2 外腔双波长半导体激光器研究状况
• 1-2-1 外腔双波长半导体激光器总述
• 1-2-2 双波长激光器应用状况
• 1-2-3 双波长激光器在太赫兹波产生中的应用
• 1-3 本论文的研究任务和意义
• 1-5 本论文主要内容
• 第二章 外腔半导体激光器的基本理论
• 2-1 引言
• 2-2 外腔反馈方程与外腔模式
• 2-2-1 单外腔模式解
• 2-2-2 双外腔模式解
• 2-2-3 分歧方程
• 2-2-4 双外腔模式的稳定性
• 2-3 双波长外腔反馈工作的五个区域
• 2-4 双波长激光器内的四波混频
• 2-5 小结
• 第三章 双波长振荡的半导体激光器外腔设计
• 3-1 引言
• 3-2 双波长振荡外腔半导体激光器的基本原理
• 3-3 傅立叶外腔结构与双波长反馈工作原理
• 3-4 傅立叶外腔设计
• 3-5 小结
• 第四章 外腔反馈激光器与双波长输出数值模拟
• 4-1 引言
• 4-2 外腔反馈半导体激光器的基本理论方程
• 4-3 外腔半导体激光器输出模式的动态特性
• 4-3-1 外腔半导体激光器能够输出的模式数目
• 4-3-2 半导体激光器模式与外腔输出模式的关系
• 4-3-3 外腔半导体激光器动态模式解
• 4-4 双波长输出模拟
• 4-4-1 双波长输出模式数目关系
• 4-4-2 外腔双波长输出的竞争关系
• 4-5 小结
• 第五章 光栅反馈外腔半导体激光器实验研究
• 5-1 引言
• 5-2 光栅反馈外腔半导体激光器结构装置
• 5-3 光栅反馈调谐原理
• 5-4 实验结果
• 5-4-1 半导体激光器输出特性
• 5-4-2 光栅外腔反馈半导体激光器输出特性
• 5-5 小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢