调制与非调制的半导体激光器典型稳频方法对比分析

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1、调制与非调制的半导体激光器典型稳频方法对比分析摘要：针对半导体激光器稳频技术中的饱和吸收法、塞曼调制法、基于原子二向色性的激光器锁定(DAVLL)法和去除多普勒背景的二向色性锁定(DFDL)法4种典型稳频方法进行了稳定性、操作性、抗干扰能力等方面的对比分析，概括了调制和非调制稳频方法的优缺点，为相关实验选择合适的稳频方法提供依据。关键词：半导体激光器；稳频；频率调制；非调制中图分类号：TN249文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2015.02.007Thecomparativeanalysisoffrequencystabilizati

2、onmethodsbetweenmodulationandnonmodulationsemiconductorlaserSUNLi,LIHuiqin，XIONG川un(SchoolofInstrumentandElectronics，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Frequencystabilizationtechnologyofsemiconductorlaserhasdevelopedrapidlyinrecentyears,anditisthebasictechnologyinlaseruse

3、dintheexperiment.Thecomparativeanalysisofseveralfrequencystabilizationmethods，whicharesaturatedabsorption，Zeemanmodulation，dichroicatomicvaporlaserlock(DAVLL)anddopplerfreedichroiclock(DFDL),wereproposedforstability,operational,antiinterferenceabilityandsoon.Theiradvantagesanddisadvantage

4、softhemodulationandnonmodulationfrequencystabilizationmethodsarealsobeensummarizedinordertoprovidereferencestoselectthemostsuitablefrequencystabilizationmethodfortherelatedexperiments.Keywords：semiconductorlaser；frequencystabilization；frequencymodulation；nonmodulation引言窄线宽、高稳定度［12］的半导体激光器

5、在原子光谱学、量子计量学、光纤通信以及激光原子冷却等光电子学领域有日益广泛的应用。在实验条件下，稳定度的高低、稳频系统的繁简程度以及操作的难易与否等往往是选择稳频方法的重要依据。因此，对半导体激光器稳频技术的研宄很有意义和应用价值。1基本原理自由运转的激光器由于易受外界温度变化、大气变化、机械振动以及磁场变化的影响，激光器输出光频率是不稳定的。为了改善输出光频率的稳定性，必须使用电子稳频系统对激光器进行控制。稳频时需要选取一个稳定且不因外界图1激光器稳频基本原理Fig.lFrequencystabilizationsystem干扰而改变夕卜部参考频率，对于大多数半导体激光

6、器，都能找到一个相应的原子或分子吸收谱线作为参考频率。当外界干扰使激光输出频率偏离参考频率时，可以通过一定技术手段对激光频率偏移进行鉴别而得到鉴频信号，由稳频系统控制电路输出控制信号，调节半导体激光器的腔长或电流，使激光器的频率回复到参考频率而达到稳频的目的。激光器稳频基本原理如图1所示。光学仪器第37卷第2期孙黎，等：调制与非调制的半导体激光器典型稳频方法对比分析2半导体激光器带调制的稳频方法2.1饱和吸收稳频图2为饱和吸收稳频原理图［3］，激光经过光隔离器后进行分束，分成三束激光。其中的两束激光在Rb原子泡中形成泵浦光，另外一束激光直接透过Rb原子泡。用光电探测器PD

7、分别对两路光信号进行探测，泵浦光的探测信号中包含多普勒吸收信号和饱和吸收信号，透过光的探测信号中只包含多普勒吸收信号。将探测到的两路信号作差，可以去除信号中的多普勒背景。最后将不含多普勒背景的饱和吸收信号通过锁相放大电路、稳频系统控制电路，加到激光器压电陶瓷上来调节激光器的输出频率，使得激光器输出频率稳定。图2饱和吸收稳频原理Fig.2Saturatedabsorptionfrequencystabilizationsystem饱和吸收稳频法稳定度较高，可达10-11s-l[3],系统抗干扰能力较强。但需锁相环，系统闭环操作较