频率噪声谱密度对半导体激光器相干性影响的实验研究

发布时间：2020-06-01 01:53

【摘要】：半导体激光器因波长覆盖范围广、结构紧凑便携,被使用到了诸多科学研究的前沿方面,特别是引力波探测、卫星通信,单原子分子的相干操控及纠缠原子的制备等,半导体激光器都是最主要的探测和操控工具。相干性,作为衡量半导体激光器重要指标,直接决定了它的系统应用性能。包括精密光谱实验的光谱分辨率和光谱测量精度、原子与分子物理实验中原子态制备的纯度以及精密测量领域中的测量灵敏度等。对于实际实验使用的半导体激光器,其产生的相干光场的相干性主要由光源自身的频率噪声决定。因此,定量研究半导体激光器的频率噪声谱密度特性与其相干性的关系,从而做到有效的抑制光源的频率噪声,使得其相干性增强,具有极其重要的意义。通常,Hz量级线宽的半导体激光器的获得以及对kHz量级以下激光线宽的精确测量难以实现,而精确、定量地控制半导体激光器的频率噪声存在一定的困难,因此难以开展频率噪声谱密度对半导体激光器相干性影响的实验研究。针对以上问题我们本文开展了如下研究:1)通过抑制频率噪声将半导体激光器线宽压缩到Hz量级。为了精确控制半导体激光器的频率噪声,设计超高带宽频率伺服环路抑制半导体激光器的频率噪声,基于Pound Drever Hall(PDH)技术,结合超低热膨胀材料制作的高精细法布里珀罗腔(FP腔),以电光调制器作为换能器实现了反馈带宽为3.5 MHz的超高带宽频率伺服环路抑制频率噪声。半导体激光器的线宽达到Hz量级;2)提出了一种新的基于时间分辨方法的拍频信号处理的方法。解决传统手段存在kHz以下激光线宽准确性的问题。基于时间间隔分析仪实时采集拍频信号的周期,并通过离散傅立叶变换获得拍频信号的频谱信息。与通常使用扫描式频谱分析仪分析拍频信号的方法相比,我们实现了傅立叶极限分辨率的频谱测量,尤其针对较窄线宽(kHz量级)测量时,能获得更为准确的结果;3)基于Hz量级线宽的稳频半导体激光器系统,使用以参数可控的伪随机高斯白噪声函数进行频率调制的射频载波信号驱动电光调制器对其进行相位调制,产生调制边带的频率噪声特性与Gaussian白噪声函数相同。通过光学滤波滤出一阶边带,使用时间分辨方法准确测量一阶边带的线宽,从而定量研究频率噪声对半导体激光器相干性的影响。研究发现在相干光场的频率噪声谱密度的幅值H_0小于噪声带宽时,激光器的线宽与频率噪声谱密度之间的关系满足线性关系。而当H_0大于噪声带宽时,激光器的线宽与(?)成正比。
【图文】：

频率噪声谱密度对半导体激光器相干性影响的实验研究器的发射线宽。典型的外腔半导体激光器线宽小于 1 MHz。可调光器主要有以下三种结构。结构为 Littrow 配置，，如图 1.1 所示。激光二极管芯片的右侧有一而减小端面反射。外腔以一个准直透镜和一个衍射光栅作为端镜为激光二极管芯片提供光反馈[13]。衍射光栅作为腔内滤波器可以输出的线宽，通过旋转衍射光栅可以调整发射波长[14]。然而该配改变了输出光束的方向，给实际使用带来了许多不便。

Littman-Metcalf配置
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248.4

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本文编号：2690786