小功率半导体激光器驱动电路研制及线宽压窄初步研究

摘要

半导体激光器由于具有可调谐范围大、输出功率合适、体积小、寿命长、易集成以及可以直接电流泵浦等优点，发展迅速、应用广泛。但是，半导体激光器典型线宽为GHz量级且中心频率易受温度和电流影响，无法满足对激光相干性、频率稳定性要求较高的科研领域要求。因此，如何压窄半导体激光器线宽，并维持其稳定工作仍旧是当今研究的热点。窄线宽、频率稳定的半导体激光器，可以通过改变半导体激光器内部结构、设计高精度驱动电路以及利用外腔线宽压窄等手段来实现。本文从理论分析出发，设计并制作了精密驱动电路（包括恒流和温控两大模块），利用超低膨胀系数微晶玻璃 V型法珀腔对半导体激光器线宽压窄进行初步实验研究，主要内容如下：
　　（1）综述了半导体激光器及窄线宽激光器的应用价值和发展潜力，并针对半导体激光器的线宽压窄，介绍了多种较为成熟的技术及最新研究成果。
　　（2）依据半导体激光器工作特性，研制了激光二极管外部驱动电路。该驱动电路采用恒流控制芯片ATLS100MA103和温度控制芯片TECA1-5V-5V-D分别实现对激光器工作电流和工作温度的精确控制，同时利用以单片机 C8051F007为核心的主控制电路对激光管的温度和电流等参数进行设定和监测，测试结果表明该电路驱动下波长635nm的半导体激光器中心频率稳定度可达10-4nm量级（测量时间约10min）。
　　（3）分析了光反馈对半导体激光器的影响，并利用法珀腔光反馈法对半导体激光器的频率锁定和线宽压窄原理进行详细探讨和模拟仿真。利用精细度约为4727的超低膨胀系数微晶玻璃V型法珀腔对波长635nm线宽为GHz量级的半导体激光器开展了线宽压窄初步实验研究，扫描干涉仪对压窄后的线宽进行了测量，得到MHz量级结果。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 半导体激光器线宽压窄技术概述

1.3 国内外研究进展

1.4 论文的主要工作

第二章 半导体激光器相关特性和线宽压窄理论

2.1 半导体激光器的结构及性质

2.2 基于V型法珀腔光反馈的线宽压窄理论

2.3 本章小结

第三章 半导体激光器驱动电路设计

3.1 驱动电路总体方案

3.2 恒流控制电路

3.3 温度控制电路

3.4 主控制电路

3.5 电路的制作及激光器的封装

3.6 本章小结

第四章 半导体激光器性能测试及线宽压窄初步实验

4.1 半导体激光器参数设置

4.2 半导体激光器出光特性测量

4.3 线宽压窄初步实验

4.4 线宽压窄系统实验

4.5 V型法珀腔线宽测量

4.6 线宽压窄实验结果

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A V型法珀腔频率锁定模拟程序