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基于调制转移光谱的半导体激光器的稳频方法

作　者: 解晨雪
导　师: 王兆英
学　校: 浙江大学
专　业: 光学
关键词: 半导体激光器激光稳频激光调制电光调制器四波混频调制转移光谱
分类号: TN248.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,激光冷却原子取得了迅速的发展。由于半导体激光器体积小,结构简单,效率高,因此在激光冷却原子实验中,其应用非常广泛。自由运转的半导体激光器频漂可达GHz量级,而激光冷却原子实验对激光的线宽、激光频率的精度要求很高,所以实验中需要对激光器进行稳频。稳频的基本原理是：将激光器的频率锁定在某个极其稳定的参考频率上,如：原子或者分子的高稳定的特征跃迁谱线或者已经锁定的激光器等。通过光电探测器得到误差信号,一旦频率偏移参考频率时,则会将此信号通过PID(比例—积分—微分)进行反馈来控制激光器的电流以及光栅的压电陶瓷,将激光器的频率稳定到参考频率上。目前激光稳频的方法包括饱和吸收谱稳频,双色谱稳频,频率电压转换稳频,调频谱稳频,调制转移光谱稳频等等。我们采取调制转移光谱的方法得到的激光线宽约400kHz,与饱和吸收谱和双色谱稳频等方法相比,频率稳定性更好。基于塞曼效应,我们进一步利用螺线管线圈对半导体激光器的频率进行了移频,最大移频量可达150MHz。第一章回顾了原子冷却技术的发展、半导体激光器的出现,概述了稳频的重要意义以及本文的研究背景、目的和主要内容。第二章介绍了实验中常用的半导体激光器的工作原理以及光栅反馈外腔式半导体激光器主要结构及其工作原理,对两种不同结构的激光器进行了比较。第三章介绍了实验室中常用的光栅反馈外腔式半导体激光器的稳频方法,包括饱和吸收光谱稳频,双色谱稳频、频率电压转换稳频,并且从原理与实验的角度对这几种稳频方法进行了比较,并给出了实验结果。第四章主要对调制转移光谱稳频实验中用到的电光调制器进行了详细的描述(包括其结构、性能参数等),另外介绍了电光调制的机制及电光效应。第五章对调制转移光谱稳频的基本原理进行了较详尽的分析,将其与双色谱稳频进行了对比,对实验结果作了较详细的解释。而后又进行了移频,并对调制转移光谱进行了噪声分析。第六章总结全文,提出存在的不足之处以及需要改进的地方。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-14
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 本文的主要工作  12-14
2 光栅反馈外腔式半导体激光器  14-21
  2.1 半导体激光器的基本工作原理  14-18
    2.1.1 粒子数反转与光增益  14-16
    2.1.2 半导体激光器的结构  16-18
  2.2 光栅反馈外腔式半导体激光器  18-21
3 光栅反馈外腔式半导体激光器的常用稳频方法  21-29
  3.1 消多普勒饱和吸收谱稳频  21-25
  3.2 双色谱稳频  25-27
  3.3 频率电压转换稳频  27-29
4 电光调制器(EOM)  29-48
  4.1 调制机制  29-37
    4.1.1 幅度调制  30-33
    4.1.2 角度调制  33-37
  4.2 电光效应  37-42
  4.3 电光相位调制器  42-48
    4.3.1 电光调制器的性能参数  43
    4.3.2 外电路对调制带宽的影响  43-45
    4.3.3 电光调制器简介  45-48
5 调制转移光谱的稳频方法  48-62
  5.1 基于EOM的调制转移光谱稳频  48-52
    5.1.1 四波混频原理  48-49
    5.1.2 调制转移光谱实验  49-52
  5.2 基于塞曼效应的激光频移  52-54
  5.3 噪声分析  54-62
    5.3.1 常用到的几种电路模块的噪声模型  54-56
    5.3.2 调制转移光谱锁频环路模型和噪声  56-58
    5.3.3 噪声源的实验测量和锁定结果评估  58-62
6 总结与展望  62-63
参考文献  63-69
作者简历  69

基于调制转移光谱的半导体激光器的稳频方法

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