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半导体激光器自混合散斑干涉理论及其应用

作　者: 郝辉
导　师: 王鸣
学　校: 南京师范大学
专　业: 物理电子学
关键词: 自混合半导体激光器速率方程自混合散斑干涉
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

激光自混合效应是指激光器输出的光被外部物体反射或散射后，其中一部分光又反馈回激光器的谐振腔，反馈光携带了外部物体的信息。与腔内光相混合后，会调制激光器的输出，称为自混合效应。激光的自混合效应来源于激光器的外部光反馈效应，以前人们总是设法消除光反馈的影响，后来逐渐的由消除光反馈的不利影响到主动利用光反馈效应检测物理量，从而形成了一门新的技术。相干光从光学粗糙表面散射时，结果在探测面上出现随机的颗粒状的强度分布，称为散斑，散斑是由粗糙表面上各面元的散射光波之间的干涉在空间域内形成的，所以散斑也是粗糙表面一些信息的携带者。结合自混合和散斑的原理，将散斑现象引入半导体激光器。让半导体激光器的光学反馈来自垂直地照射的粗糙表面，把光强调制成为随机的散斑信号。封装在半导体激光器另一侧的光电二极管，检测光学反馈生成的自混合散斑干涉信号，确定物体的状态。本文研究了自混合干涉。利用Lang—Kobayashi速率方程，研究了在弱光反馈的条件下，半导体激光器的输出，通过计算，模拟了半导体激光器的输出情况，并进行了实验的验证。主要研究了自混合散斑干涉。将移动的粗糙表面形成的外腔等价于随机变化的反馈条件，修正Lang—Kobayashi速率方程，得到变反馈条件下的半导体激光器的输出。分析了随机变化的反馈强度与外腔长度对激光光谱特性的影响。模拟了散斑干涉信号的波动与粗糙表面横向移动速度的关系。通过实验也得到了移动速度和波动次数的关系，并对速度进行测量。从而预示着半导体激光器有着既作为光源又用作速度测量的传感器的应用前景。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
第一章前言  7-19
  §1．1 光学测试技术的发展及传统光干涉存在的问题  7
  §1．2 自混合干涉理论及其应用研究的进展  7-13
    1．2．1 自混合干涉的理论研究  8-10
    1．2．2 自混合干涉的应用研究  10-13
  §1．3 散斑测量的现状  13-17
    1．3．1 散斑在测量上的一些应用  14-16
    1．3．2 散斑测量方法的发展  16-17
  §1．4 半导体激光器自混合散斑干涉的提出和研究意义  17-18
  §1．5 课题来源及本文主要研究内容  18-19
第二章一般半导体激光器自混合干涉的研究  19-32
  §2．1 引言  19
  §2．2 半导体激光器自混合理论  19-26
    2．2．1 速率方程  19-20
    2．2．2 理论模型与分析  20-23
    2．2．3 半导体激光器自混合干涉的仿真分析  23-25
    2．2．4 结论  25-26
  §2．3 半导体激光器自混合干涉的实验  26-31
    2．3．1 引言  26
    2．3．2 实验装置的构成  26-29
    2．3．3 一般自混合干涉现象的观察验证  29-31
  §2．4 本章结论  31-32
第三章半导体激光器自混合散斑干涉的研究  32-54
  §3．1 引言  32
  §3．2 半导体激光器的自混合散斑干涉理论基础  32
  §3．3 半导体激光器的自混合散斑干涉理论  32-43
    3．3．1 半导体体激光器的自混合散斑干涉  33-34
    3．3．2 高斯相关的表面高度函数h（x_1）  34-36
    3．3．3 粗糙面的有效反射系数（?）  36-38
    3．3．4 自混合散斑干涉的理论解  38
    3．3．5 变反馈条件下的仿真模拟  38-43
  §3．4 半导体激光器自混合散斑干涉的实验  43-52
    3．4．1 实验系统的构成  43-49
    3．4．2 实验装置的调整  49
    3．4．3 自混合散斑干涉信号的观察和分析  49-50
    3．4．4 自混合散斑干涉信号的波动次数与粗糙表面移动速度大小的关系  50-51
    3．4．5 利用波动次数与速度的线性关系对速度进行测量  51-52
    3．4．6 实验存在的问题  52
  §3．5 本章结论  52-54
结束语  54-55
参考文献  55-57
附录  57-58
致谢  58

半导体激光器自混合散斑干涉理论及其应用

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