半导体激光器稳频技术与机理研究(2)
参考文献 22
致谢 24
半导体激光器稳频技术与机理研究引言
半导体激光器具有良好的单色性，体积小，低功耗，效率高，易工作于单模状态等优点，使其广泛应用于军事，光纤通信，印刷业，医学，光电子学等领域。但是半导体激光器容易受到外界温度变化，大气压强变化，机械振动以及磁场的影响，如激光器内部的材料特性、腔长、载流子浓度、增益、能隙、折射率、温度和工作电流等，会导致输出的频率不稳定，而且经常随时间变动。所以半导体激光器的频率稳定性差，又制约着其发展。因此，对半导体激光器的稳频研究具有十分重要的意义。
1. 绪论
1.1 研究的背景
因为激光器会受到其本身的谐振腔的长度、载流子的浓度、增益的大小、能隙、折射率、温度、机械振动和工作电流等一系列因素，会引起激光器输出的频率不稳定。与别的类型的激光器相比,半导体激光器的输出的激光相干性和稳定性都比较差[1]，这将导致半导体激光器的在实际中的应用范围非常的狭窄。假设在没有进行任何稳频操作条件下,CO2（二氧化碳）激光器的频率稳定度大约为10-3,而半导体激光器却大约[2]仅仅能达到10-7。若半导体激光器在实际的应用中作为通信光源来使用,频率的变动将会达到大约10MHz,结果就是很大地浪费了信道带宽[3]。如果将经过稳频后的激光器再应用于光盘信息存取中,将会使光盘的容量呈现几十倍的增加。因此对半导体激光器的频率稳定的研究非常有意义，并且具有很大的应用价值，近年来，国内外都开展了有关的这项研究[4]。
近几年，在国外，例如日本，美国，意大利和其他国家陆续不断地在此领域进行了一系列研究。2000年意大利可将短期噪声频率锁定在2MHz范围之内；美国国家航空局研究中心（NASA）使用二氧化碳吸收池将频率锁定在13.5MHz范围内；在2007年美国蒙大拿州立大学设计出了一个共焦腔腔长度为17.84cm的共焦腔，该腔的腔镜反射率高达0.99995，精细常数大于10000的半导体激光器。同时在国内，一些研究机构也对半导体激光器的稳频做了深入研究，1999年的时候，中国计量研究所和中科院研究所的联合的量子部在波长分别为0.633μm,0.532μm的激光的稳频方面做出了令人瞩目的工作；2000年山西大学光电研究所研究了环形激光器并同时实现了单频绿光输出；2002年上海华东师范大学完成了激光吸收谱线上的频率稳定的研究；2008年上海光机所利用PDH技术将LD泵浦的ND:YAG激光器进行稳频。由此可见，激光器稳频正在经历着迅速的发展。
1.2 研究的意义
因为半导体激光器具有良好的单色性，体积小，功耗低，效率高，容易在单模状态下工作等一系列优点，使得光纤通信更加方便，并且在激光陀螺，激光通信，光学频率标准，精密干涉测量等领域的广泛被应用。但同时它的频率稳定性比较差，又制约着半导体激光器的进一步发展。Ohtus 指出了限制着激光器的进一步发展的四个不利因素[5]，具体包括：(1)不稳定的光谱中心频率；(2)较宽的谱线宽度；(3)不好的相干性；(4)中心频率的不可调性。并提出一个解决方案就是负反馈电路。所以各种各样的研究方法接连被提出，包括兰姆凹陷稳频法[6]，Zeeman效应稳频法[6]，饱和吸收稳频法，PHD稳频法[7]，TC时谱稳频法[8] 等主动式稳频法。电热式稳频法，水冷式稳频法，风冷式稳频法，恒温振动控制法等多种被动式稳频法。因此人们对于其稳频方法的研究在现代科学技术的不断发展进程中是一不可替代的部分。
2. 半导体激光器的简介
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