光柵反饋激光器頻率特性分析

1、光柵反饋半導(dǎo)體激光器的光柵反饋半導(dǎo)體激光器的頻率調(diào)諧特性頻率調(diào)諧特性 半導(dǎo)體激光器的基本特性半導(dǎo)體激光器的基本特性 光柵反饋半導(dǎo)體激光器的頻率調(diào)諧特性光柵反饋半導(dǎo)體激光器的頻率調(diào)諧特性 背景介紹背景介紹主要內(nèi)容主要內(nèi)容背景介紹背景介紹一、激光的發(fā)展簡(jiǎn)史激光的發(fā)展簡(jiǎn)史 19161916年，愛(ài)因年，愛(ài)因斯坦提出了斯坦提出了“受激受激輻射輻射”的概念，奠的概念，奠定了激光的理論基定了激光的理論基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 19581958年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的湯斯和肖洛發(fā)表了關(guān)于激光湯斯和肖洛發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典論文，奠定了激光器的經(jīng)典論文，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。發(fā)展的基礎(chǔ)。 這兩次發(fā)明開(kāi)創(chuàng)了傳統(tǒng)的固體激

2、這兩次發(fā)明開(kāi)創(chuàng)了傳統(tǒng)的固體激器和氣體激光器的時(shí)代，自此，激光器和氣體激光器的時(shí)代，自此，激光走上了高速發(fā)展的道路。此后，半導(dǎo)走上了高速發(fā)展的道路。此后，半導(dǎo)體激光器、染料激光器、自由電子激體激光器、染料激光器、自由電子激光器都在相應(yīng)學(xué)科的支持下出現(xiàn)。特光器都在相應(yīng)學(xué)科的支持下出現(xiàn)。特別是八十年代，隨著光電子學(xué)和半導(dǎo)別是八十年代，隨著光電子學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，光纖激光器和孤子激體技術(shù)的發(fā)展，光纖激光器和孤子激光器相繼出現(xiàn)，將激光引入以光電子光器相繼出現(xiàn)，將激光引入以光電子和微電子為主的信息時(shí)代。和微電子為主的信息時(shí)代。 19621962年，年，HeHeNeNe氣體激光器在美氣體激光器在美國(guó)貝爾

3、實(shí)驗(yàn)室研制成功。國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功。 19601960年，美國(guó)人梅曼年，美國(guó)人梅曼(T. H. Maiman)(T. H. Maiman)發(fā)明了世界上發(fā)明了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器。第一臺(tái)紅寶石激光器。 Maiman Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 表示表示“受激輻射的光放大受激輻射的光放大” 二、激光器的三要素激光器的三要素Laser19641964年年1010月，物理學(xué)家錢(qián)學(xué)森建議稱(chēng)之為月，物理學(xué)家

4、錢(qián)學(xué)森建議稱(chēng)之為-激光激光工作物質(zhì)工作物質(zhì) ：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激勵(lì)源：激勵(lì)源：使原子被激發(fā)使原子被激發(fā) 諧振腔：諧振腔：光放大作用光放大作用三、激光的特性三、激光的特性 l 方向性好方向性好：激光器發(fā)出的激光發(fā)射角很小，接近于一毫弧度，只有一激光器發(fā)出的激光發(fā)射角很小，接近于一毫弧度，只有一般探照燈發(fā)射角的一百萬(wàn)分之一。即使將其發(fā)射到幾千米以外，光束的直徑也不般探照燈發(fā)射角的一百萬(wàn)分之一。即使將其發(fā)射到幾千米以外，光束的直徑也不過(guò)增加幾厘米。因此輸出的能量集中在很小的范圍里。過(guò)增加幾厘米。因此輸出的能量集中在很小的范圍里。l 單色性好：?jiǎn)紊院茫杭す饩哂泻芎玫膯紊?，是普通光源完?/p>

5、達(dá)不到的。在激光激光具有很好的單色性，是普通光源完全達(dá)不到的。在激光出現(xiàn)之前，以同位素出現(xiàn)之前，以同位素8686KrKr燈的單色性最好，譜線寬度為燈的單色性最好，譜線寬度為1010-4-4nmnm的量級(jí)，而最普通的量級(jí)，而最普通的氦氖激光器所輸出的紅色激光的氦氖激光器所輸出的紅色激光(632.8(632.8納米納米) )的譜線寬度達(dá)到的譜線寬度達(dá)到1010-8-8nmnm的數(shù)量級(jí)。的數(shù)量級(jí)。現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用可以使譜線寬度縮到更小的范圍?，F(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用可以使譜線寬度縮到更小的范圍。l 相干性好：相干性好：就氦氖激光而言，其相干長(zhǎng)度可達(dá)就氦氖激光而言，其相干長(zhǎng)度可達(dá)400km400km。l 能量密度

6、大能量密度大：激光的亮度是普通光源的上百萬(wàn)倍。與太陽(yáng)光比，一支功激光的亮度是普通光源的上百萬(wàn)倍。與太陽(yáng)光比，一支功率僅為率僅為1 1毫瓦的氦氖激光器的亮度要比太陽(yáng)光強(qiáng)毫瓦的氦氖激光器的亮度要比太陽(yáng)光強(qiáng)100100倍；而一臺(tái)巨型脈沖固體激光倍；而一臺(tái)巨型脈沖固體激光器的亮度可比太陽(yáng)亮度高器的亮度可比太陽(yáng)亮度高100100億倍。億倍。四、激光器的分類(lèi)四、激光器的分類(lèi) 固體激光器：固體激光器：把金屬離子摻入晶體或玻璃基質(zhì)中把金屬離子摻入晶體或玻璃基質(zhì)中按工作物質(zhì)分類(lèi)按工作物質(zhì)分類(lèi)氣體激光器：氣體激光器：原子氣體、分子氣體和離子氣體原子氣體、分子氣體和離子氣體液體激光器：液體激光器：有機(jī)染料溶液和無(wú)機(jī)

7、化合物溶液有機(jī)染料溶液和無(wú)機(jī)化合物溶液半導(dǎo)體激光器：半導(dǎo)體激光器：半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料紅寶石紅寶石激光器激光器氦氖激光器氦氖激光器氬離子激光器氬離子激光器染料激光器染料激光器 半導(dǎo)體激光器又稱(chēng)為半導(dǎo)體激光二半導(dǎo)體激光器又稱(chēng)為半導(dǎo)體激光二極管，或簡(jiǎn)稱(chēng)激光二極管，英文縮寫(xiě)為極管，或簡(jiǎn)稱(chēng)激光二極管，英文縮寫(xiě)為L(zhǎng)D (Laser Diode)LD (Laser Diode)，是實(shí)用中最重要，是實(shí)用中最重要的一類(lèi)激光器的一類(lèi)激光器 。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：體積小、效率高、壽命長(zhǎng)，可采用簡(jiǎn)單的電流注入方式來(lái)泵浦；其工作體積小、效率高、壽命長(zhǎng)，可采用簡(jiǎn)單的電流注入方式來(lái)泵浦；其工作 電壓和電流與集成電路兼容，因而有

8、可能與之單片集成；并且還可用高電壓和電流與集成電路兼容，因而有可能與之單片集成；并且還可用高 達(dá)達(dá)GHZGHZ的頻率直接進(jìn)行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出，可實(shí)行的頻率直接進(jìn)行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出，可實(shí)行 溫度調(diào)諧和電流調(diào)諧。溫度調(diào)諧和電流調(diào)諧。 五、半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用五、半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用 信息存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)與處理與處理科學(xué)研究科學(xué)研究軍事軍事 應(yīng)用應(yīng)用光通信光通信半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué) 應(yīng)用應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的基本特性半導(dǎo)體激光器的基本特性泵浦源：泵浦源：通常采用電壓很低的通常采用電壓很低的 直流電源直流電源激光工作物質(zhì)激光工作物質(zhì)：直接帶隙半導(dǎo)體材料直接帶

9、隙半導(dǎo)體材料-砷化稼砷化稼(GaAs)(GaAs)、 砷化銦砷化銦(InAs)(InAs)、鋁稼砷、鋁稼砷(A1(A1x xGaAs)GaAs)、銦磷砷、銦磷砷 (InP(InPx xAs)As)等等等等 諧振腔：諧振腔：半導(dǎo)體介質(zhì)的自然解理面半導(dǎo)體介質(zhì)的自然解理面 構(gòu)成平行平面腔構(gòu)成平行平面腔 三個(gè)基本條件三個(gè)基本條件 建立起激射媒質(zhì)建立起激射媒質(zhì)( (有源區(qū)有源區(qū)) )內(nèi)載流子的反轉(zhuǎn)分布。內(nèi)載流子的反轉(zhuǎn)分布。在半導(dǎo)體中代表電子能在半導(dǎo)體中代表電子能量的是由一系列接近于連續(xù)的能級(jí)所組成的能帶，因此在半導(dǎo)體中要實(shí)現(xiàn)粒量的是由一系列接近于連續(xù)的能級(jí)所組成的能帶，因此在半導(dǎo)體中要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必

10、須使處在高能態(tài)導(dǎo)帶底的電子數(shù)比處在低能態(tài)價(jià)帶頂?shù)目昭〝?shù)子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須使處在高能態(tài)導(dǎo)帶底的電子數(shù)比處在低能態(tài)價(jià)帶頂?shù)目昭〝?shù)大很多，這靠給同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)加正向偏壓，向有源層內(nèi)注入必要的載流子大很多，這靠給同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)加正向偏壓，向有源層內(nèi)注入必要的載流子來(lái)實(shí)現(xiàn)，將電子從能量較低的價(jià)帶激發(fā)到能量較高的導(dǎo)帶中去。當(dāng)處于粒子來(lái)實(shí)現(xiàn)，將電子從能量較低的價(jià)帶激發(fā)到能量較高的導(dǎo)帶中去。當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。 要實(shí)際獲得相干受激輻射，必須使受激輻射在光學(xué)諧振腔內(nèi)得到多次反要實(shí)際獲得相干受激輻射，必須使受激輻射在光學(xué)

11、諧振腔內(nèi)得到多次反饋而形成激光振蕩。饋而形成激光振蕩。激光器的諧振腔是由半導(dǎo)體的自然解理面作為反射鏡形激光器的諧振腔是由半導(dǎo)體的自然解理面作為反射鏡形成的，用半導(dǎo)體解理面構(gòu)成共振腔，能獲得的反射率一般只有成的，用半導(dǎo)體解理面構(gòu)成共振腔，能獲得的反射率一般只有3030左右，為左右，為適應(yīng)某些應(yīng)用的要求，腔鏡達(dá)到高反射率，可以在有源層兩側(cè)各交替迭加許適應(yīng)某些應(yīng)用的要求，腔鏡達(dá)到高反射率，可以在有源層兩側(cè)各交替迭加許多層折射率不同的半導(dǎo)體材料。多層折射率不同的半導(dǎo)體材料。 為了形成穩(wěn)定振蕩，激光媒質(zhì)必須能提供足夠大的增益，為了形成穩(wěn)定振蕩，激光媒質(zhì)必須能提供足夠大的增益，以彌補(bǔ)諧振腔以彌補(bǔ)諧振腔引起

12、的光損耗及從腔面的激光輸出等引起的損耗，不斷增加腔內(nèi)的光場(chǎng)。這引起的光損耗及從腔面的激光輸出等引起的損耗，不斷增加腔內(nèi)的光場(chǎng)。這就必須要有足夠強(qiáng)的電流注入，即有足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度越就必須要有足夠強(qiáng)的電流注入，即有足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度越高，得到的增益就越大，即要求必須滿(mǎn)足一定的電流閾值條件。當(dāng)激光器達(dá)高，得到的增益就越大，即要求必須滿(mǎn)足一定的電流閾值條件。當(dāng)激光器達(dá)到閾值時(shí)，具有特定波長(zhǎng)的光就能在腔內(nèi)諧振并被放大，最后形成激光而連到閾值時(shí)，具有特定波長(zhǎng)的光就能在腔內(nèi)諧振并被放大，最后形成激光而連續(xù)地輸出。續(xù)地輸出。 當(dāng)注入電流當(dāng)注入電流IIIIIIthth時(shí)，輸出光功率

13、隨注入電流的時(shí)，輸出光功率隨注入電流的增加而迅速增大，產(chǎn)生激光振蕩。增加而迅速增大，產(chǎn)生激光振蕩。I Ithth被稱(chēng)為閾值電流，其大小由激光器的被稱(chēng)為閾值電流，其大小由激光器的結(jié)構(gòu)決定并與激光器的溫度有關(guān)結(jié)構(gòu)決定并與激光器的溫度有關(guān)隨著溫度的降低，隨著溫度的降低，I Ithth減小。當(dāng)注入電減小。當(dāng)注入電流一定時(shí)，輸出功率隨溫度降低而增大。流一定時(shí)，輸出功率隨溫度降低而增大。輸出特性輸出特性PIIthPI曲線曲線輸出功率與注入電流的關(guān)系輸出功率與注入電流的關(guān)系閾值電流與激光器溫度的關(guān)系閾值電流與激光器溫度的關(guān)系二次微分法：二次微分法：在在P PI I曲線中，將光功率對(duì)電流求二階導(dǎo)數(shù)，曲線中，將

14、光功率對(duì)電流求二階導(dǎo)數(shù)，二階導(dǎo)二階導(dǎo) 峰所對(duì)應(yīng)的電流值為峰所對(duì)應(yīng)的電流值為I Ithth，這種作法的測(cè)量精度較高，這種作法的測(cè)量精度較高 （如圖（如圖c c所示）。所示）。abc利用激光器的利用激光器的P PI I曲線找到曲線找到I Ithth的作法有三種：的作法有三種：兩段直線擬合法：兩段直線擬合法：將將P PI I曲線中兩條直線延長(zhǎng)線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流曲線中兩條直線延長(zhǎng)線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流 作為激光器的閾值電流作為激光器的閾值電流I Ithth（如圖（如圖b b所示）；所示）； 直線擬合法：直線擬合法：輸出光功率延長(zhǎng)線與電流軸的交點(diǎn)作為激光器的輸出光功率延長(zhǎng)線與電流軸的交點(diǎn)作為激光器的I It

15、h th （如圖（如圖a a所示），是一種比較常規(guī)的作法所示），是一種比較常規(guī)的作法； LD LD 激光器與其它傳統(tǒng)激光器相比，激光器與其它傳統(tǒng)激光器相比，LDLD的輸出光功率和頻的輸出光功率和頻率受溫度和注入電流的影響顯著。因此率受溫度和注入電流的影響顯著。因此LDLD的波長(zhǎng)調(diào)諧可采用的波長(zhǎng)調(diào)諧可采用溫度調(diào)諧和注入電流調(diào)諧。溫度調(diào)諧和注入電流調(diào)諧。波長(zhǎng)調(diào)諧特性波長(zhǎng)調(diào)諧特性2( )(0)ggATE TETB在半導(dǎo)體中，溫度和禁帶寬度之間存在著依賴(lài)關(guān)系在半導(dǎo)體中，溫度和禁帶寬度之間存在著依賴(lài)關(guān)系E Eg g(0)(0)為絕對(duì)零度時(shí)的禁帶寬度為絕對(duì)零度時(shí)的禁帶寬度A A和和B B為經(jīng)驗(yàn)參量為經(jīng)驗(yàn)參

16、量 禁帶寬度的變化又引起波長(zhǎng)的變化：禁帶寬度的變化又引起波長(zhǎng)的變化：()gcET 禁帶寬度隨禁帶寬度隨溫度升高變窄，溫度升高變窄，半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)發(fā)生紅移。典型波長(zhǎng)發(fā)生紅移。典型的溫度調(diào)諧曲線如圖所示，隨著溫度的升高，半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波的溫度調(diào)諧曲線如圖所示，隨著溫度的升高，半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)以階梯形式跳躍變化，跳躍是由增益曲線移動(dòng)引起的縱模之間的跳長(zhǎng)以階梯形式跳躍變化，跳躍是由增益曲線移動(dòng)引起的縱模之間的跳變引起的。變引起的。 半導(dǎo)體激光器的注入電流的變化導(dǎo)致的載流子濃度的變化不但會(huì)引起半導(dǎo)體激光器的注入電流的變化導(dǎo)致的載流子濃度的變化不但會(huì)引起材料折射率的改變，而且也

17、會(huì)改變?cè)鲆嫦禂?shù)。材料折射率的改變，而且也會(huì)改變?cè)鲆嫦禂?shù)。因此半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)會(huì)因此半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)會(huì)隨著注入電流的改變而改變。典型的電流調(diào)諧曲線與溫度調(diào)諧曲線很相似，隨著注入電流的改變而改變。典型的電流調(diào)諧曲線與溫度調(diào)諧曲線很相似，也是以階梯形式變化的。也是以階梯形式變化的。 12g 2n kn 為傳輸常數(shù)的變化量為傳輸常數(shù)的變化量 nn為折射率的變化量為折射率的變化量 gg為增益系數(shù)的變化量為增益系數(shù)的變化量 為線寬增加因子為線寬增加因子 半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)既與增益系數(shù)有依賴(lài)關(guān)系，又受折射率變化的影響半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)既與增益系數(shù)有依賴(lài)關(guān)系，又受折射率變化的影響 Hitachi

18、HL7851G Hitachi HL7851G 多量子阱激光二極管多量子阱激光二極管輸出光波長(zhǎng)：輸出光波長(zhǎng)：785nm785nm最大輸出光功率：最大輸出光功率：50mw50mw腔長(zhǎng)：腔長(zhǎng)：600600微米微米波長(zhǎng)的電流調(diào)諧率：波長(zhǎng)的電流調(diào)諧率：0.004nm/mA0.004nm/mA波長(zhǎng)的溫度調(diào)諧率：波長(zhǎng)的溫度調(diào)諧率：0.05nm/0.05nm/C C增益介質(zhì)增益介質(zhì) GaAlAsGaAlAs標(biāo)稱(chēng)參數(shù)：標(biāo)稱(chēng)參數(shù)：工作溫度工作溫度2525C C時(shí)時(shí)光柵反饋半導(dǎo)體激光器的頻率調(diào)諧特性光柵反饋半導(dǎo)體激光器的頻率調(diào)諧特性光反饋：光反饋：通過(guò)平面鏡、光柵等反饋元件將輸出光束的部分光反饋回半導(dǎo)通過(guò)平面鏡、

19、光柵等反饋元件將輸出光束的部分光反饋回半導(dǎo) 體激光器，體激光器，使激光器中各縱模所獲得的凈增益發(fā)生變化，從而使激光器中各縱模所獲得的凈增益發(fā)生變化，從而 使特定的模式振蕩同時(shí)抑制其它模式的方法。使特定的模式振蕩同時(shí)抑制其它模式的方法。 改變半導(dǎo)體激光器的溫度和電流可以對(duì)其輸出激光的中心波長(zhǎng)進(jìn)行改變半導(dǎo)體激光器的溫度和電流可以對(duì)其輸出激光的中心波長(zhǎng)進(jìn)行粗略調(diào)諧，但是由于可能發(fā)生劇烈的模式跳變，導(dǎo)致頻率不能被連續(xù)調(diào)粗略調(diào)諧，但是由于可能發(fā)生劇烈的模式跳變，導(dǎo)致頻率不能被連續(xù)調(diào)諧，而存在一些頻率間隙。有時(shí)所需要的激光頻率正好落在這種頻率間諧，而存在一些頻率間隙。有時(shí)所需要的激光頻率正好落在這種頻率間

20、隙內(nèi)，僅靠改變溫度和注入電流無(wú)法使其工作在所需要的頻率區(qū)段。隙內(nèi)，僅靠改變溫度和注入電流無(wú)法使其工作在所需要的頻率區(qū)段。 怎么辦？怎么辦？問(wèn)題：?jiǎn)栴}：發(fā)展了多種基于外部光學(xué)反饋的技術(shù)手段，來(lái)解決上述問(wèn)題。發(fā)展了多種基于外部光學(xué)反饋的技術(shù)手段，來(lái)解決上述問(wèn)題。在光反饋技術(shù)中，光柵外部反饋是一種簡(jiǎn)單而有效的方法。在光反饋技術(shù)中，光柵外部反饋是一種簡(jiǎn)單而有效的方法。 根據(jù)光柵反饋的不同構(gòu)型又可分為根據(jù)光柵反饋的不同構(gòu)型又可分為L(zhǎng)ittrowLittrow和和LittmanLittman兩種方式：兩種方式： 在在LittrowLittrow方式中，經(jīng)方式中，經(jīng)光柵衍射后產(chǎn)生的一級(jí)衍光柵衍射后產(chǎn)生的一級(jí)

21、衍射光直接沿入射光路反饋射光直接沿入射光路反饋回激光器，零級(jí)光作為輸回激光器，零級(jí)光作為輸出光。出光。 LittmanLittman方式中，經(jīng)光柵衍射方式中，經(jīng)光柵衍射后產(chǎn)生的一級(jí)衍射光先投射到一后產(chǎn)生的一級(jí)衍射光先投射到一個(gè)反射鏡上，由反射鏡原路反射個(gè)反射鏡上，由反射鏡原路反射回光柵，產(chǎn)生第二次衍射使一級(jí)回光柵，產(chǎn)生第二次衍射使一級(jí)衍射光反饋回激光器。衍射光反饋回激光器。 如果如果分析分析可以得出結(jié)論：可以得出結(jié)論： LittmanLittman方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以將半導(dǎo)體激光器的線寬壓的更窄，并且不會(huì)改方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以將半導(dǎo)體激光器的線寬壓的更窄，并且不會(huì)改變輸出光的方向。變輸出光的方向。

22、 LittrowLittrow方式的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有光的損失，調(diào)節(jié)起來(lái)比方式的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有光的損失，調(diào)節(jié)起來(lái)比LittmanLittman方式簡(jiǎn)單。方式簡(jiǎn)單。 實(shí)驗(yàn)中采用實(shí)驗(yàn)中采用LittrowLittrow反饋方式。所用的光柵為反射式閃耀光柵反饋方式。所用的光柵為反射式閃耀光柵 ，其形狀，其形狀如圖所示如圖所示, ,每毫米每毫米18001800線。線。:閃耀角閃耀角N:N:表示光柵平面法線表示光柵平面法線n:n:表示刻槽平面法線表示刻槽平面法線A A為入射光束方向，入射角為為入射光束方向，入射角為 AA為零級(jí)衍射光束方向，出射角為為零級(jí)衍射光束方向，出射角為銣原子高分辨率光譜研究中所希望的波長(zhǎng)為銣原

23、子高分辨率光譜研究中所希望的波長(zhǎng)為780.246nm780.246nm（銣原子（銣原子D D2 2線中心波線中心波長(zhǎng)），這時(shí)的一級(jí)衍射角長(zhǎng)），這時(shí)的一級(jí)衍射角(sinsin)dkLittrowLittrow方式中一級(jí)衍射光沿原路返回方式中一級(jí)衍射光沿原路返回 2sind由光柵公式由光柵公式有：有：44.6071 若連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)光柵使若連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)光柵使角度改變，則輸出波長(zhǎng)角度改變，則輸出波長(zhǎng)也連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)也連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)調(diào)諧目的。光柵了波長(zhǎng)調(diào)諧目的。光柵調(diào)諧由于采用的是反射調(diào)諧由于采用的是反射光柵，不存在吸收損耗光柵，不存在吸收損耗問(wèn)題、波長(zhǎng)的調(diào)諧也很問(wèn)題、波長(zhǎng)的調(diào)諧也很方便，如果選擇

24、光柵常方便，如果選擇光柵常數(shù)足夠小，可以實(shí)現(xiàn)很數(shù)足夠小，可以實(shí)現(xiàn)很窄線寬的激光輸出。窄線寬的激光輸出。 考慮波長(zhǎng)已被迫運(yùn)轉(zhuǎn)在希望的波長(zhǎng)值處而僅通過(guò)改變光柵考慮波長(zhǎng)已被迫運(yùn)轉(zhuǎn)在希望的波長(zhǎng)值處而僅通過(guò)改變光柵外腔長(zhǎng)度來(lái)調(diào)諧頻率時(shí)外腔長(zhǎng)度來(lái)調(diào)諧頻率時(shí), ,理論中可近似忽略光柵的色散而把光理論中可近似忽略光柵的色散而把光柵反饋當(dāng)作平面鏡反饋來(lái)處理。柵反饋當(dāng)作平面鏡反饋來(lái)處理。r r1 1和和r r2 2：LDLD兩端解理面的振幅反射系數(shù)兩端解理面的振幅反射系數(shù)r r3 3：外腔反射面的振幅反射系數(shù)：外腔反射面的振幅反射系數(shù)（包括了光準(zhǔn)直元件的全部光耦合損耗）（包括了光準(zhǔn)直元件的全部光耦合損耗）n n：

25、介質(zhì)折射率：介質(zhì)折射率l ld d：LDLD本征腔長(zhǎng)本征腔長(zhǎng)l le e: :包括光準(zhǔn)直元件的外腔有效光學(xué)長(zhǎng)度包括光準(zhǔn)直元件的外腔有效光學(xué)長(zhǎng)度r r2 2rr3 3, ,為外腔弱反饋半導(dǎo)體激光器為外腔弱反饋半導(dǎo)體激光器r r2 2rr3 3, ,為外腔強(qiáng)反饋半導(dǎo)為外腔強(qiáng)反饋半導(dǎo)體體激光器激光器由由r r1 1,r,r2 2構(gòu)成的激光二極管的腔起主導(dǎo)作用，外腔有效反射率構(gòu)成的激光二極管的腔起主導(dǎo)作用，外腔有效反射率r reffeff為為弱反饋半導(dǎo)體激光器弱反饋半導(dǎo)體激光器光在外腔往返一周的位相延遲光在外腔往返一周的位相延遲真空中光速真空中光速:et:c激光頻率激光頻率光在外腔往返一周的時(shí)間光在外

26、腔往返一周的時(shí)間光在激光二極管腔往返一周的時(shí)間光在激光二極管腔往返一周的時(shí)間:d:dt頻移頻移無(wú)反饋時(shí)激光二極管的共振頻率無(wú)反饋時(shí)激光二極管的共振頻率帶寬增強(qiáng)因子帶寬增強(qiáng)因子激光二極管腔的縱模間隔激光二極管腔的縱模間隔 在在 附近便不再連續(xù)且附近便不再連續(xù)且急劇增大急劇增大, ,在實(shí)驗(yàn)中便表現(xiàn)為跳模在實(shí)驗(yàn)中便表現(xiàn)為跳模, ,其頻其頻移范圍難以確定移范圍難以確定 作連續(xù)平緩的周期性變化作連續(xù)平緩的周期性變化, ,且頻移有一明確范圍且頻移有一明確范圍要求：要求：r r2 2=0.565=0.565，r r3 3應(yīng)小于應(yīng)小于0.2140.214(21)ek強(qiáng)反饋半導(dǎo)體激光器強(qiáng)反饋半導(dǎo)體激光器 起主導(dǎo)

27、作用的是起主導(dǎo)作用的是r r1 1,r,r3 3構(gòu)成的全腔構(gòu)成的全腔, ,光場(chǎng)在全腔振蕩光場(chǎng)在全腔振蕩, ,外腔已外腔已不再是起微擾作用不再是起微擾作用全腔等效縱模間隔全腔等效縱模間隔連續(xù)性周期變化連續(xù)性周期變化, ,且頻移有一且頻移有一定范圍定范圍 從一個(gè)周期過(guò)渡到另一個(gè)周期時(shí)從一個(gè)周期過(guò)渡到另一個(gè)周期時(shí), ,頻頻移有一個(gè)突然變化移有一個(gè)突然變化, ,也即發(fā)生了跳模也即發(fā)生了跳模, ,不過(guò)不過(guò)跳模間隔較小，所以從整體看為準(zhǔn)連續(xù)調(diào)跳模間隔較小，所以從整體看為準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧諧, ,并且頻移也有一明確范圍并且頻移也有一明確范圍, , 頻移范圍頻移范圍要大一些要大一些波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用 目前，人類(lèi)已進(jìn)入信息社會(huì)。光纖通信在信息社會(huì)中起目前，人類(lèi)已進(jìn)入信息社會(huì)。光纖通