外腔半導體激光器穩(wěn)頻技術(shù)研究.pdf

1、本文研究了利用乙炔氣體的飽和吸收譜對1.53μm光纖光柵外腔半導體激光器進行穩(wěn)頻的理論,并著重分析了該系統(tǒng)的實驗方案和實驗結(jié)果. 論文首先對外腔半導體激光器做了簡要概述,闡述了穩(wěn)頻激光器的應用、發(fā)展及其重要意義. 其次對兩種主要的外腔結(jié)構(gòu)--光纖光柵外腔和閃耀光柵外腔進行了討論；并詳細論述了穩(wěn)頻的原理,包括頻率穩(wěn)定性和復現(xiàn)性等相關概念、穩(wěn)頻激光器的數(shù)學模型、影響頻率穩(wěn)定性的因素及頻率穩(wěn)定性的測量方法等；對幾種主要的穩(wěn)頻方

2、法做了討論和比較,并從吸收線的寬度和線型、飽和吸收穩(wěn)頻的原理及優(yōu)點、乙炔分子的吸收譜線等幾個方面進行了研究.重點討論了乙炔氣體分子飽和吸收穩(wěn)頻的理論,該種方法具有較高的穩(wěn)定性,與外腔結(jié)構(gòu)相結(jié)合,能夠很好地實現(xiàn)窄線寬、高穩(wěn)定度單頻激光器. 作為研究的重點之一,本論文詳細討論了應用于飽和吸收穩(wěn)頻光纖光柵外腔半導體激光器的穩(wěn)頻伺服電路.該電路包括光電接收、1KHz正弦信號發(fā)生、3倍頻以及鑒相濾波等幾個部分.光電接收電路具有較高的靈敏度

3、,在接收光功率僅有0.114mW的情況下可以輸出2.4V的電壓,且噪聲可以被很好地抑制；利用晶體振蕩器加分頻的方法產(chǎn)生了穩(wěn)定度很高的lKHz方波,再通過中心頻率為1KHz、Q≈10、H<,0>=1/2的帶通濾波器,得到曲線平滑,無其它諧波分量的1KHz正弦波；3倍頻是通過鎖相環(huán)電路實現(xiàn)的,通過中心頻率為3Kt{z、Q≈10、H<,0>=1的帶通濾波器,得到的正弦波的頻率嚴格地為1KHz正弦信號的三倍,且兩信號無相位差；相位鑒別電路以雙平

4、衡混頻器為核心,并通過差分放大和低通濾波電路對混頻信號進行處理,得到0.5V的直流誤差信號. 此外,本文還研制了乙炔氣體的吸收池,將其入射和反射端面設計成與激光入射方向呈布儒斯特角,消除了反射光的影響并保證大部分能量可以繼續(xù)向前傳播.吸收池被設計為長10cm,填充氣壓為15Torr,這樣既可以保證較高的飽和度,又可以減小碰撞展寬帶來的不利影響.最后將整個系統(tǒng)連接起來進行調(diào)試.通過反復調(diào)整,確定了自由空間中的光路,確保光電探測器能