半导体激光器稳频方法的对比研究

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激光器自20世纪60年代诞生以来,由于其具备良好的物理性能,应用日益广泛,发展迅速。其中,激光器类的外腔半导体激光器由于具备体积小、效率高、使用寿命长等优点,在光通信、光交换、高精度干涉测量等近乎整个光电子领域都有长远的应用,在这些应用中都要求激光器具有窄线宽和高频率的输出稳定性。论文针对原子干涉仪项目中对激光器稳定度的要求,介绍了几种典型的稳频方法,从是否带调制的角度对比分析稳频方法的优劣。本文选择调制类的稳频方法——饱和吸收稳频法和塞曼(Zeeman)稳频法,非调制的稳频法——DAVLL(Dichroic-Atomic-VaporLaser Lock)和DFDL(Doppler-free Dichroic Lock)稳频法,分别搭建实验平台,对稳频效果进行计算评估,通过计算得到饱和吸收稳频法和DAVLL稳频法的锁频稳定度均为10-9量级,塞曼稳频法和DFDL稳频法的锁频稳定度均为10-10量级,稳频结果能基本满足实验运用的需求,对以后客观选择适合的稳频方法进行实验有一定的帮助。从实验系统搭建的复杂程度、实现稳频的难易程度以及稳频结果的好坏综合对比了这几种稳频方法的优劣。饱和吸收法直接将调制信号加载到激光器,给激光器引入额外的频率噪声,造成激光频率抖动;外调制的塞曼稳频法以及无调制的DAVLL和DFDL稳频方法不会给激光器带来频率扰动,而且实验系统简单,容易搭建,稳频效果也相对较好。因此,外调制和无调制的稳频方法将逐步成为半导体激光器稳频技术研究的发展方向。
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