【摘要】：半導(dǎo)體激光器因波長覆蓋范圍廣、結(jié)構(gòu)緊湊便攜,被使用到了諸多科學(xué)研究的前沿方面,特別是引力波探測、衛(wèi)星通信,單原子分子的相干操控及糾纏原子的制備等,半導(dǎo)體激光器都是最主要的探測和操控工具。相干性,作為衡量半導(dǎo)體激光器重要指標(biāo),直接決定了它的系統(tǒng)應(yīng)用性能。包括精密光譜實(shí)驗(yàn)的光譜分辨率和光譜測量精度、原子與分子物理實(shí)驗(yàn)中原子態(tài)制備的純度以及精密測量領(lǐng)域中的測量靈敏度等。對于實(shí)際實(shí)驗(yàn)使用的半導(dǎo)體激光器,其產(chǎn)生的相干光場的相干性主要由光源自身的頻率噪聲決定。因此,定量研究半導(dǎo)體激光器的頻率噪聲譜密度特性與其相干性的關(guān)系,從而做到有效的抑制光源的頻率噪聲,使得其相干性增強(qiáng),具有極其重要的意義。通常,Hz量級線寬的半導(dǎo)體激光器的獲得以及對kHz量級以下激光線寬的精確測量難以實(shí)現(xiàn),而精確、定量地控制半導(dǎo)體激光器的頻率噪聲存在一定的困難,因此難以開展頻率噪聲譜密度對半導(dǎo)體激光器相干性影響的實(shí)驗(yàn)研究。針對以上問題我們本文開展了如下研究:1)通過抑制頻率噪聲將半導(dǎo)體激光器線寬壓縮到Hz量級。為了精確控制半導(dǎo)體激光器的頻率噪聲,設(shè)計(jì)超高帶寬頻率伺服環(huán)路抑制半導(dǎo)體激光器的頻率噪聲,基于Pound Drever Hall(PDH)技術(shù),結(jié)合超低熱膨脹材料制作的高精細(xì)法布里珀羅腔(FP腔),以電光調(diào)制器作為換能器實(shí)現(xiàn)了反饋帶寬為3.5 MHz的超高帶寬頻率伺服環(huán)路抑制頻率噪聲。半導(dǎo)體激光器的線寬達(dá)到Hz量級;2)提出了一種新的基于時(shí)間分辨方法的拍頻信號(hào)處理的方法。解決傳統(tǒng)手段存在kHz以下激光線寬準(zhǔn)確性的問題�；跁r(shí)間間隔分析儀實(shí)時(shí)采集拍頻信號(hào)的周期,并通過離散傅立葉變換獲得拍頻信號(hào)的頻譜信息。與通常使用掃描式頻譜分析儀分析拍頻信號(hào)的方法相比,我們實(shí)現(xiàn)了傅立葉極限分辨率的頻譜測量,尤其針對較窄線寬(kHz量級)測量時(shí),能獲得更為準(zhǔn)確的結(jié)果;3)基于Hz量級線寬的穩(wěn)頻半導(dǎo)體激光器系統(tǒng),使用以參數(shù)可控的偽隨機(jī)高斯白噪聲函數(shù)進(jìn)行頻率調(diào)制的射頻載波信號(hào)驅(qū)動(dòng)電光調(diào)制器對其進(jìn)行相位調(diào)制,產(chǎn)生調(diào)制邊帶的頻率噪聲特性與Gaussian白噪聲函數(shù)相同。通過光學(xué)濾波濾出一階邊帶,使用時(shí)間分辨方法準(zhǔn)確測量一階邊帶的線寬,從而定量研究頻率噪聲對半導(dǎo)體激光器相干性的影響。研究發(fā)現(xiàn)在相干光場的頻率噪聲譜密度的幅值H_0小于噪聲帶寬時(shí),激光器的線寬與頻率噪聲譜密度之間的關(guān)系滿足線性關(guān)系。而當(dāng)H_0大于噪聲帶寬時(shí),激光器的線寬與(?)成正比。
【圖文】：

頻率噪聲譜密度對半導(dǎo)體激光器相干性影響的實(shí)驗(yàn)研究器的發(fā)射線寬。典型的外腔半導(dǎo)體激光器線寬小于 1 MHz�？烧{(diào)光器主要有以下三種結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)為 Littrow 配置，，如圖 1.1 所示。激光二極管芯片的右側(cè)有一而減小端面反射。外腔以一個(gè)準(zhǔn)直透鏡和一個(gè)衍射光柵作為端鏡為激光二極管芯片提供光反饋[13]。衍射光柵作為腔內(nèi)濾波器可以輸出的線寬，通過旋轉(zhuǎn)衍射光柵可以調(diào)整發(fā)射波長[14]。然而該配改變了輸出光束的方向，給實(shí)際使用帶來了許多不便。

Littman-Metcalf配置
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248.4

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本文編號(hào)：2690786