【摘 要】
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原子光学技术的进步使得原子光学仪器在诸多测量领域确立了高精度测量手段的地位,如原子频标、原子磁强计和原子惯性系统。近年来,研究人员将碱金属原子特性与MEMS工艺结合起
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原子光学技术的进步使得原子光学仪器在诸多测量领域确立了高精度测量手段的地位,如原子频标、原子磁强计和原子惯性系统。近年来,研究人员将碱金属原子特性与MEMS工艺结合起来发展了芯片级原子频标与原子磁强计,将原子光学器件进一步向低功耗和微型化的方向发展,从而大大扩展了原子光学器件的应用。芯片原子光学器件的发展得益于两大核心技术的进展:可调制单频微型半导体激光器技术和原子传感器的微制造技术。垂直腔面发射激光器(VCSEL)因其窄线宽、低功耗、高调制效率、小体积和易集成等特征而成为芯片级原子光学器件研制中被广泛采用的激光器。本文面向芯片级原子光学器件(尤其是芯片级原子频标系统)的开发,研究VCSEL激光器的控制系统及其高频调制特性。进行了780nm垂直腔面发射激光器控制系统的整体设计,包括光学、机械和电路3个部分,给出设计方案并进行了系统的制作。对系统进行电学和光学性能测试。电学性能测试包括对自制高精度恒流源和温控模块的测试,测试结果表明:控制系统电流精度为0.1mA,输出电流稳定度为±0.02mA,电流纹波系数为0.01;温度调节精度为0.1℃,控温分辨率小于0.01℃。光学性能包括波长、光斑、荧光测试和分析。测试结果表明:该激光器中心波长为780nm,圆偏振态,阈值电流0.4mA,功率2.5mW,基本满足芯片级原子频标使用要求。利用研制的VCSEL激光器系统,基于微带匹配技术设计了高精度阻抗匹配电路,实验研究了VCSEL激光器的高频调制特性。实验结果表明:在3.4GHz,5dBm RF功率输入下,系统可实现的最大边带转移效率为60%。文章进一步测量了由于半导体激光器Bogatov效应引起的边带不对称性。
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