nm 半導(dǎo)體雷射穩(wěn)頻

《 nm 半導(dǎo)體雷射穩(wěn)頻》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、658nm半導(dǎo)體雷射穩(wěn)頻　　1658nm半導(dǎo)體雷射穩(wěn)頻FrequencyStabilizationofDiodeLasersNear658nm劉惠中Huay-ChungLiou工業(yè)技術(shù)研究院量測技術(shù)發(fā)展中心謝文賢*林世聰Wen-HsienHsieh*Shyh-TsongLin國立臺北科技大學(xué)光電技術(shù)研究所摘要這個(gè)研究主要是關(guān)於一個(gè)具有微透鏡（microlens）的半導(dǎo)體雷射的穩(wěn)頻。因?yàn)榇死咨涞墓馐咏鼒A形且擁有小線寬，所以可輕易地使用在小空間的環(huán)境。藉著法布里－珀羅（Fabry-Perot）共振腔的共振模可輕易地將雷射頻率穩(wěn)定，

2、在十六小時(shí)內(nèi)波長僅變動0.0008nm。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體雷射、法布里－珀羅共振腔、穩(wěn)頻。投稿受理時(shí)間：91年3月10日審查通過時(shí)間：91年5月2日ABSTRACTThisresearchisfocusedonthefrequencystabilizationofthesemiconductordiodelaserswithmicro-lens.SincethebeamofMicro-Lenslaserisnearlycircularandhasasmalllinewidth,itcanbeeasilyusedinsmallspac

3、es.ByemployingtheresonantmodesoftheFabry-Perotcavitytolockthelaserfrequency,thefrequencycanbeeasilystabilized.Afterthestabilizationsteps,thewavelengthofthelaservaries0.0008nmduring16hours.Keywords:semiconductorlaserdiode,Fabry-Perotcavity,frequencystabilization.59658

4、nm半導(dǎo)體雷射穩(wěn)頻　　2壹、前言在許多商品化的儀器或者實(shí)驗(yàn)室的裝置中經(jīng)常使用雷射來作為光源，其中一般常使用的穩(wěn)頻雷射通常是以穩(wěn)頻氦氖雷射為主，因其具有較長的共振腔可以達(dá)到穩(wěn)頻的效果。然而，在許多干涉量測的用途中，雷射的體積過於龐大，造成量測系統(tǒng)的安裝困擾，例如：以穩(wěn)頻氦氖雷射為干涉光源的輪廓儀。為了縮小量測系統(tǒng)的體積及重量，於是半導(dǎo)體雷射成了另種選擇?？墒牵雽?dǎo)體雷射在實(shí)際應(yīng)用上仍有其困難所在，例如輸出光束的波前遠(yuǎn)較氦氖雷射差、線寬亦較大，使得其在對光調(diào)整方面上較困難，雖然可以用波面修正鏡組來調(diào)整改善波面，以延長共振腔來壓縮線寬

5、大小，但卻也失去了原本體積小的優(yōu)勢而造價(jià)也大幅提高。本文採用過去量測中心所做的對稱性光路設(shè)計(jì)[1]，利用對稱性的法布里－珀羅(Fabry-Perot)共振腔穩(wěn)頻方式，使得穩(wěn)頻頻率能鎖在同一個(gè)共振模上，以獲得一個(gè)穩(wěn)頻的雷射光源。為提高實(shí)用性進(jìn)一步設(shè)計(jì)成小型模組化架構(gòu)，並添加溫控裝置以避免法布里－珀羅共振腔受外界溫度的影響。實(shí)驗(yàn)中分別對於穩(wěn)頻前後的波長進(jìn)行量測，並分析溫度對法布里－珀羅共振腔造成的影響。貳、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)所採用的對稱性光路如圖一所示[1]，其原理為利用兩道對稱性光路以些微入射角度差穿透法布里－珀羅共振腔，使其兩

6、道穿透光的頻率有些微偏移，並用光偵測器蒐集兩穿透光的訊號。將光偵測器蒐集的光訊號相減提供作為誤差訊號。誤差訊號經(jīng)過積分運(yùn)算後回授到雷射電流驅(qū)動模組進(jìn)行電流調(diào)制。如此即可將雷射鎖頻在訊號零點(diǎn)處達(dá)到穩(wěn)頻效果[1-4]。實(shí)驗(yàn)中所使用的雷射光源為波長658　nm具有微透鏡的半導(dǎo)體雷射(製造公司為BlueSkyResearch，型號為PS104)，其輸出光束截面趨近圓形且線寬達(dá)到2MHz的標(biāo)準(zhǔn)[2]，改善了一般半導(dǎo)體雷射的缺點(diǎn)，其最高功率可達(dá)35mW，遠(yuǎn)大於一般氦氖雷射。為了達(dá)到模組化的設(shè)計(jì)，將雷射溫度控制所使用的電熱致冷器、溫度偵測所用

7、的熱敏電阻、準(zhǔn)直透鏡及電路等裝置自行組裝設(shè)計(jì)於體積約只有3.5×3.5×4.0cm3的空間中，雷射裝置如圖二所示。由於法布里－珀羅共振腔長(OPL)的溫度係數(shù)δ可由下式表示：[5]d(OPL)/dT˙1/(OPL)≡δδ＝α＋1/n˙dn/dT其中T、α、n、dn/dT分別為溫度、熱膨脹係數(shù)、折射率、折射率溫度係數(shù)。而法布里－珀羅共振頻率的溫度係數(shù)dν/dT可由下式表示：dν/dT＝－ν˙δ其中ν為法布里－珀羅共振頻率。本實(shí)驗(yàn)所使用的法布里－珀羅共振腔其材質(zhì)為ＢK7，折射率溫度係數(shù)為3×10-6/℃，熱膨脹係數(shù)為7.1×10-

8、6/℃，厚度僅3mm，半功率光譜寬度(FWHM)為1.7GHz，精細(xì)係數(shù)（Finesse）約20。共振腔長的溫度係數(shù)δ約為9.1×10-6/℃，外界溫度變化將造成共振頻率飄移4.1GHz/℃（雷射波長為658nm），對穩(wěn)頻結(jié)果影響甚鉅59658nm半導(dǎo)體雷射穩(wěn)頻