论文部分内容阅读
随着原子光学、通信技术等的发展，需要可调谐激光器作为光源，所以，分布反馈式激光器(DFB)、分布布拉格反射激光器(DBR)、外腔半导体激光器(ECDL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等相继出现。在上述可调谐激光器中，外腔半导体激光器(ECDL)具有相对窄的线宽、宽的调谐范围，低成本等优势，所以在光谱分析和频率扫描干涉仪中作为优先光源。 本学位论文研究基于Littman结构的平移透镜外腔半导体激光器和基于Littrow结构的平移光栅外腔半导体激光器，以实现无跳模连续调谐。这样的光源对于激光频率需要进行精细调谐的光谱仪、相干光通讯等都具有很大的实用价值。为对外腔系统进行表征搭建了非平衡迈克尔逊干涉仪和扫描式F-P干涉仪，论文取得的主要实验结果如下: 1.首次提出并实现了一种利用笼式共轴系统搭建的Littman结构平移透镜外腔半导体激光器。通过对该系统的分析，建立了Lens-Shifting外腔光程的计算模型，并通过与数值光线追迹的比较，表明这个模型能够反映系统的实际光程和光线角度的变化。起初应用该模型分析时，未考虑相位噪声的影响，模拟结果表明Littman平移透镜结构可实现大范围无跳模连续调谐。但是，通过后续实验的进一步探究确认了在Littman结构中有相位噪声，于是在应用Lens-Shifting外腔光程的模型计算无跳模连续调谐的最优条件时又考虑了双倍的光栅相移效应，计算结果表明不能实现无跳模连续调谐，与实验结果吻合。 2.在Littman结构的平移透镜外腔半导体激光器中，通过微调节架驱动准直透镜平移从而改变光栅表面的激光入射角，激射波长从1505.280nm连续调谐到1496.842nm，实现了约8.5nm的连续波长调谐，准直透镜平移1μm波长改变约0.02nm，实验测量值与理论计算值能够很好地吻合。通过压电陶瓷驱动准直透镜平移，研究了Littman结构平移透镜外腔半导体激光器的跳模特性并定性地分析了发生跳模的基本原理。此外，该外腔系统的出射激光具有优异的单模特性和稳定性，在上述波长调谐范围内室温下工作电流为300mA时单模输出功率超过18mW。 3.Littrow平移光栅外腔半导体激光器，由SAF1550S2增益芯片作为外腔系统的光源，利用Littrow外腔的光栅相移效应，用2.8μm行程的压电陶瓷推动光栅平移。在不同的腔长下进行了实验，发现可实现全行程的无跳模连续调谐。所以为了实现更大范围的无跳模连续调谐，改换了行程可达到11.2μm的平移光栅装置，发现可稳定地实现11.8GHz的无跳模连续调谐，具有很强的重复性。利用该系统激射频率和光栅平移距离的关系，在测得激射频率的改变量后，可得知光栅的位移量，精度可达到10nm，在高精度定位上可能会有一定的应用。