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基于棱镜扩束的光栅外腔半导体激光器的研究

 外腔半导体激光器在纵模模式、激光线宽、调谐范围、波长稳定度等方面具有突出优点,在光频标、高分辨光谱、原子物理学等科学领域有着广泛的应用。激光器的线宽作为一个很重要的指标,一直受到了人们的关注。在本文中,利用棱镜扩束的新方案被提出用于外腔半导体激光器线宽的压窄。最开始介绍了激光二极管的基本工作原理,分析了半导体二极管外腔对线宽压窄的作用,同时介绍了光栅作用下连续可调等理论,随后对棱镜扩束原理与色散压窄线宽进行了研究,并设计和搭建了基于棱镜扩束的光栅外腔半导体激光器,给出了设计方案和机械图纸,并完成了加工和组装。建立了激光器一般主动稳频的数学模型,对稳频模型进行了仿真,通过双重PID控制改进了稳频锁定方案,实现了激光器的长时间锁定。对激光器的一般性能进行了数据记录,得到了注入电流、控温温度、激光功率、输出波长四个参量之间的关系。最后利用拍频实验与自外差实验,对比了改进型的激光器与原有激光器之间的输出激光线宽,进一步证实了棱镜扩束对外腔半导体激光器压窄线宽的贡献。具体包括以下几个方面:1.概述了外腔半导体激光器的工作原理。首先分析了激光二极管激发激光的机理,通过对二极管内腔与扩展外腔的理论分析和计算,介绍了外腔在调谐和线宽压窄中的贡献,然后通过对光栅基本方程的介绍,分析了其一般的调谐过程,

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