本文研究了利用乙炔气体的饱和吸收谱对1.53μm光纤光栅外腔半导体激光器进行稳频的理论,并着重分析了该系统的实验方案和实验结果。论文首先对外腔半导体激光器做了简要概述,阐述了稳频激光器的应用、发展及其重要意义。其次对两种主要的外腔结构——光纤光栅外腔和闪耀光栅外腔进行了讨论;并详细论述了稳频的原理,包括频率稳定性和复现性等相关概念、稳频激光器的数学模型、影响频率稳定性的因素及频率稳定性的测量方法等;对几种主要的稳频方法做了讨论和比较,并从吸收线的宽度和线型、饱和吸收稳频的原理及优点、乙炔分子的吸收谱线等几个方面进行了研究。重点讨论了乙炔气体分子饱和吸收稳频的理论,该种方法具有较高的稳定性,与外腔结构相结合,能够很好地实现窄线宽、高稳定度单频激光器。作为研究的重点之一,本论文详细讨论了应用于饱和吸收稳频光纤光栅外腔半导体激光器的稳频伺服电路。该电路包括光电接收、1KHz正弦信号发生、3倍频以及鉴相滤波等几个部分。光电接收电路具有较高的灵敏度,在接收光功率仅有0.114mW的情况下可以输出2.4V的电压,且噪声可以被很好地抑制;利用晶体振荡器加分频的方法产生了稳定度很高的1KHz方波,再通过中心频率为1KHz、Q≈10、H 0 = 1 2的带通滤波器,得到曲线平滑,无其它谐波分量的1KHz正弦波;3倍频是通过锁相环电路实现的,通过中心频率为3KHz、Q≈10、H 0 = 1的带通滤波器,得到的正弦波的频率严格地为1KHz正弦信号的三倍,且两信号无相位差;相位鉴别电路以双平衡混频器为核心,并通过差分放大和低通滤波电路对混频信号进行处理,得到0.5V的直流误差信号。此外,本文还研制了乙炔气体的吸收池,将其入射和反射端面设计成与激光入射方向呈布儒斯特角,消除了反射光的影响并保证大部分能量可以继续向前传播。吸收池被设计为长10cm,填充气压为15Torr,这样既可以保证较高的饱和度,又可以减小碰撞展宽带来的不利影响。最后将整个系统连接起来进行调试。通过反复调整,确定了自由空间中的光路,确保光电探测器能够很好地接收到经过乙炔吸收池之后的激光。以P17(λ= 1535 .3 93nm)吸收线作为参考频率。系统的频率稳定度优于6 .5×10?7,复现性较高。