稳频半导体激光器线宽测量

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1、2013年4月宇航计测技术A”，2013第33卷第2期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．33。No．2文章编号：1000—7202(2013)02—0067—04中图分类号：TN248．4稳频半导体激光器线宽测量韩顺利(电子测试技术重点实验室，中国电子科技集团公司第四十一研究所，青岛266555)文献标识码：A摘要窄线宽稳频激光器在精密干涉测量、光学频率标准、激光通信、激光陀螺、激光雷达、基本物理常数测量、冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。稳频激光器

2、的线宽是评价稳频性能的一个重要参数，利用AV4036系列频谱分析仪设计并搭建了用于稳频半导体激光器拍频线宽测量的实验系统，验证了方案的可行性。关键词半导体激光器频率稳定性线宽测量LinewidthMeasurementoftheFrequency-stabilizedSemiconductorLaserHANShun—li(ScienceandTechnologyonElectronicTest＆MeasurementLaboratory，The41stInstituteofCETC，Qingdao266555

3、)AbstractSemiconductorlaserwithnarrowlinewidthandhighfrequencystabilityiswidelyusedinprecisioninterferencemeasurements，opticalfrequencystandards，lasercommunication，lasergyroscope，laserradar，measurementsoffundamentalphysicsconstants，coldatomicsystemandSOon．Th

4、elinewidthofthelockinglaserisanimportantparametertoevaluatetheperformanceoffrequencystabilization．Thelinewidthmeasurementschemeoffrequency-stabilizedsemiconductorlaserisdesignedbyusingAV4036seriesspectrumanalyzer．Thefeasibilityofthelinewidthmeasurementsystem

5、isdemonstratedbythere—suhs．KeywordsSemiconductorlaserFrequencystabilit、rLinewidthmeasurement引口半导体激光由于具有体积小、功耗低、波长覆盖范围大、易于调谐和良好的单色性及相干性，被广泛应用于精密激光光谱和精密计量等诸多研究领域。根据Schawlow—Tones的激光线宽理论，自发辐射弓起的激光线宽极限很小，但是实际使用中由于激光二极管的热扰动、电子学噪声以及外界的机械振动等噪声引起的光频率的漂移远远大于激光极限线宽。在现

6、代前沿物理的应用中，如精密谱测量、光通收稿13期：2012—07—25，修回13期：2012—08-14基金项目：重点实验室基金项目(9140C120301110C1203)作者简介：韩顺利(1982一)，男，博士，工程师，主要研究方向：红外及光电测量技术。宇航计测技术2013正信、激光陀螺、激光冷却与陷俘、光钟、原子陀螺仪等¨“o，都对激光频率的稳定性有非常高的要求，要求在数小时甚至几天内频率稳定在几个MHz甚至更小的范围内，而自由运转的激光器由于慢漂和跳模等原因，每天可能导致的频率移动范围可能达几个GHz，

7、其中的慢漂主要是周围环境对激光腔体、泵浦源等因素引起的。因此，需要采取一定的措施来减小外界扰动所引起的激光频率漂移，从而对激光器的频率进行稳定。半导体激光器的频率稳定通常采取主动稳频的办法，其基本原理是：将激光器的频率锁定在一个稳定的参考频率上，如原子或分子的高稳定的特征跃迁谱线、高Q值的法一珀腔的透射峰中心或斜坡处的频率或者另外一个已经稳频的激光器等。当激光频率偏移参考频率时，会产生一个误差信号，通过电子伺服系统将这一误差信号反馈给激光器的电流以及光栅的压电陶瓷上，补偿激光频率的改变，使其回到参考频率上从而达

8、到激光稳频的目的。目前，稳频方式主要有饱和吸收光谱稳频、双色谱稳频、调制转移谱稳频、调频光谱稳频、频率一电压转换稳频等‘5～6l。评价稳频半导体激光器性能的一个重要参数就是激光器的线宽r卜9}。常用的方法就是采用频谱分析仪进行测量，国内最新推出的AV4036系列全新一代高性能微波毫米波频谱分析仪，如图1所示，具有宽频带、高分辨力、高灵敏度、大动态范围、⋯《m∞#F《‘{～j匕趟《鐾熊4