半导体激光器稳频技术

窄线宽稳频激光器在精密干涉测量、光学频率标准、激光通信、激光陀螺、激光雷达、基本物理常数测量和冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。自由运转的半导体激光器每天的频率漂移量可以达到GHz,因此研究半导体激光器的稳频具有十分重要的意义。以780 nm的半导体激光器稳频为例,介绍了目前广泛使用的各种半导体激光稳频技术的基本原理及试验方案,如消多普勒饱和吸收光谱稳频技术、消多普勒双色谱稳频技术、调制转移谱稳频技术、调频光谱稳频技术和频率-电压转换稳频技术,并对各种稳频方法的性能和特点进行了分析。     

半导体激光器的原子法拉第反常色散光学滤波器光反馈稳频

为提高半导体激光器的频率稳定性，利用原子法拉第反常色散光学滤波器（FADOF）超窄带的选频透射特性，将其置于半导体激光器的外腔中作选频元件，采用光反馈的方法，使得透射率低的激光频率分量被抑制，透射率高的激光频率分量被加强，有效地实现了光反馈激光稳频。利用Cs原子法拉第反常色散光学滤波器工作于D2线852nm的4峰窄带透射状态。通过调节半导体激光器的温度和电流，调谐半导体激光器的输出波长，将激光器锁定在任何一个透射峰上，用26％的光反馈量，使稳频后的激光频率长期稳定性保持在75MHz／2h以内，而且采用这种稳频方法的输出激光中心波长一直稳定在频率基准上，没有单方向漂移。同时，还实现了Cs原子法拉第反常色散光学滤波器稳频半导体激光器结构的一体化，使其具有实用性。     

He-Ne激光稳频技术现状与发展

;激光波长在测量方面的广泛应用决定了激光器输出频率的重要程度.文中分析了各种影响He-Ne激光光源频率稳定性的因素,如温度变化、机械振动以及磁场影响等.还介绍了目前常见的三种稳频技术:蓝姆凹陷稳频法、饱和吸收稳频法和塞曼效应稳频原理.并分析了这些技术各自的优缺点.着重介绍了热稳频法.较之前三种方法,热稳频法的系统结构简单、抗干扰能力强,因此得到了更广泛的应用.最后展望了稳频技术的新发展,即通过检测频率获得误差信号的拍频稳频技术.     

半导体激光器稳频技术的研究进展

半导体激光器广泛应用于光纤传感和光纤通信等领域,它的频率受周围环境的影响很大,作为通信光源频率波动会给信道带宽造成很大的浪费,同时限制了长距离传感的应用,因此,半导体激光器的稳频至关重要.对各种稳频的方法进行了比较,讨论了各自的特点和发展趋势.     

激光器稳频技术研究

在窄线宽激光器的应用领域中,激光频率稳定度是一个极其重要的指标参数,表征频率稳定的程度.基于被动稳频和主动稳频技术的实质区别--有无稳定的频率参考,主要针对主动稳频技术综述了激光稳频技术的国内外研究进展,包括:根据选用频率标准的不同进行分类;分析了常用的激光稳频技术的原理及达到不同稳频精度的原因;根据国内外关于主动稳频...     

2μm波段DBR光纤激光器的超稳腔PDH稳频技术

报道一种可用于超稳腔Pound-Drever-Hall(PDH)稳频的2μm波段分布Bragg反射（DBR）光纤激光器及其频率锁定结果。该绝热封装的光纤激光器配备主动温度控制和压电陶瓷（PZT）频率调谐装置,可满足超稳腔PDH稳频应用。通过周期极化铌酸锂（PPLN）晶体倍频,采用PDH稳频技术将研制的1950 nm光纤激光器频率稳定到了1μm波段超稳腔频率参考上。针对DBR光纤激光器中PZT频率调谐机制只反馈调节腔长,容易在稳频过程中产生激光器跳模进而导致频率失锁的问题,笔者提出并演示了一种对DBR光纤谐振腔实施基于超稳腔频率参考的实时温度控制方案,并采用该方案实现了对DBR光纤激光器超过4周的长期频率锁定。该方案对于实现DBR光纤激光器的长期频率锁定具有较高的参考价值。     

利用锁相飞秒激光对碘分子R(59)8-4超精细跃迁的绝对频率测量

介绍了633 nm半导体激光频标系统,高重复频率锁相飞秒激光器系统和绝对频率测量系统的建立以及测量碘分子超精细跃迁绝对频率的系统方案.633 nm半导体激光频标采用三次微分稳频方法,将激光频率锁定在碘分子谱线上,获得0.5 mW的稳频激光输出.飞秒激光稳频系统通过锁相电路将飞秒激光的高重复频率(760 MHz)和初始频率稳定在微波频率标准上,从而得到稳定的飞秒光梳,其稳定度优于6.44×10-13.在此基础上建立了绝对频率的直接测量系统,即利用波长计直接测量光梳的齿数n,并通过拍频法,测出633 nm半导体激光频标与飞秒光梳的差频,从而计算出相应谱线的绝对频率.这样,通过锁相飞秒激光器,建立了微波频率标准到光学频率标准的传递,为进一步的基础研究工作奠定了基础.     

1.5 μm波段饱和吸收稳频外腔半导体激光器

大容量、波分复用光纤通信系统的快速发展,对1.5μm波段激光器频率稳定性提出了更高要求.本文介绍了具有高稳频精度的1.5μm波段饱和吸收稳频外腔半导体激光器的工作原理及实现方案.     

外腔半导体激光器设计与高次谐波稳频

研究了利特罗(Littrow)结构外腔半导体激光器的结构参量对激光连续可调范围的影响。给出了反射镜转轴等处的机械加工误差对激光波长连续可调范围所造成的影响的数值计算结果。介绍了半导体激光器外腔结构设计的具体细节要点。利用该设计制作的外腔只需要配合商用半导体激光管便可以得到优质的780nm激光输出,经测量其线宽小于1MHz,连续可调谐范围大于3GHz。利用腔外Rb饱和吸收谱的三、五次谐波稳频方法对半导体激光器进行了稳频。其中提出了优化激光频率短期稳定度的方法,并对调制深度的选择给出了详细的理论解释。根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

用于激光磁共振光谱的CO激光器的稳频研究

本文讨论了用于激光磁共振光谱的CO激光器机械与电子的稳频措施,在文中提出了一种新的激光频率稳定度的测量方法,它是以分子的激光磁共振谱线为基准,通过测量分子的激光磁共振谱线线宽及其变化,然后用阿仑方差进行数据处理,最后得出激光频率稳定度。运用这种方法对稳频CO激光器进行了调试和检测,测得在非稳频和稳频条件下CO激光器的频率稳定度分别为1.5×10~(-7)、5.5×10~(-9)。     

一种激光二极管精密驱动电路

文章介绍了一种基于C8051F007单片机控制的激光二极管精密恒流和温度驱动电路的设计、制作及其测试。该电路以两片集成芯片为核心,可自由设置、调节和实时监控激光二极管的注入电流和工作温度。利用普通的635nm激光二极管,对制作完成的电路性能进行的测试表明:本驱动电路在短时间(约10min),可控制的频率稳定度达10-4nm,可满足半导体激光器线宽压窄和稳频技术的研究需要。     

采用射频频率调制光谱实现半导体激光器稳频

利用半导体激光器可直接对注入电流进行高速调制的特点，将20MHz射频(RF)信号直接加在半导体激光器的高频调制端口，射频信号的一部分经过相移器后，与雪崩光电探测器(APD)所探测的饱和吸收光谱信号进行混频，经低通滤波器后产生了类色散曲线；将半导体激光器的输出频率稳定在铯原子D2线的^6S1/2(F=4)→^6P2/2(F'=5)的超精细跃迁线上，实验所测的10s内典型的频率起伏小于1MHz；这种稳频技术不需锁相放大器，具有可避免低频段较高的强度噪声和较大的频率捕获范围的优点。     

铷吸收半导体激光稳频光波长标准研究

文中介绍了用铷吸收光谱法对半导体激光器进行稳频,从而稳定其输出波长;通过对包括半导体激光驱动源、稳频器、吸收室、光路等系统的优化设计,达到具有高信噪比微分误差信号,从而大大提高了半导体激光器稳频锁定灵敏度和长期稳定性。采用文中介绍的方法建立的光波长标准系统,其波长的测量重复性、稳定性可满足当前和将来很长一段时间光波长计校准的需要。     

基于共焦法布里-珀罗腔的无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率上,可以有效改善激光器的频率稳定性。对于共焦法布里-珀罗(CFP)腔,沿腔轴的光路与同腔轴有一小夹角的光路对应的光程不同,因此二者对应的腔共振透射峰的频率之间会发生相对频移。这一特性可用来产生以共焦法布里-珀罗腔作为频率标准稳定激光频率的类色散型鉴频曲线,而不需要对激光频率或者共焦法布里-珀罗腔长进行调制扰动,也无需采用相敏探测。实验中实现了自制的852 nm光栅反馈半导体激光器相对于共焦法布里-珀罗腔的无调制频率锁定,由闭环锁定后的误差信号分析,30 s内典型的频率起伏小于340 kHz,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏(约10 MHz)有了显著的改善。还通过调节入射到共焦法布里-珀罗腔两光束之间的夹角来改变频移量,对不同频率间隔下的类色散型鉴频曲线的斜率以及对激光器锁频后的频率稳定性作了比较。     

基于调节转移技术稳定激光二极管的频率

阐述了利用调节及转换技术稳定激光二极管发射器的频率 ,这种发射器可以发射纳米波长的激光。通过分析两个相互独立的激光器系统中存在的振动信号 ,知道该振动信号已揭示了在 0 .0 9秒的时间内有 10 - 1 1 秒的时间频率是相对稳定的 ,并且在 1秒的时间内似乎可以得到 10 - 1 2 的最低干扰频率。为避免产生共振 ,充分吸收铯元素的D2 线作为频率参考及非线性光谱研究     

480nm激光器的双光子DAVLL谱稳频

480nm激光的稳频对于实现铷原子从基态双光子相干激发到里德堡态必不可少。本工作基于梯形构型下的电磁诱导透明现象,一种新的480nm激光器稳频技术采用偏振谱稳频的780nm激光作为探测光而480nm激光则作为耦合光,在外加偏置磁场作用下产生的双光子双色原子气体激光锁频（DAVLL）谱方法,将该谱信号通过比例-积分-微分电路后反馈回480nm激光器即可实现稳频。在频率锁定后,480nm激光器和780nm激光器长时间稳频的总线宽为1MHz左右。     

半导体激光器稳频技术的发展动态

对目前半导体激光器稳频的各种方法进行综述和分析,讨论了它们各自的特点和发展趋势。     

外腔半导体激光器的设计与高次谐波稳频

首先讨论了半导体激光器外腔结构参量对激光连续可调范围影响的理论计算方法,给出了Littrow结构外腔半导体激光器调谐范围的计算结果。然后介绍了半导体激光器外腔结构参量的具体设计,利用该设计得到了出射激光线宽小于1 MHz、连续可调谐范围可达3 GHz的780 nm波段外腔半导体激光器。接着讨论了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频,优化激光频率短期稳定度的方法。最后根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。