半导体激光器的频率
以原子谱线作参考的半导体激光器的频率锁定
以原子谱线作参考的半导体激光器的频率锁定3满文庆33 杨世琪 钟旭滨 孙番典(华南师范大学物理系,广州,510631)摘要:研究以原子谱线作参考的半导体激光器的频率锁定系统,在精密控制半导体激光器的工作温度和工作电流的基础上,利用85Rb 的D 2线的一次微分信号对LD 的频率进行锁定。
锁定后LD 的频率最大变化为10MHz/3h ,平均取样时间10s ,用Allan 方差估算LD 频率稳定度为10-9。
关键词:半导体激光器 锁频 稳定度Frequency of LD locked to the atomic spectrum lineM an Wenqi ng ,Y ang S hiqi ,Zhong X ubi n ,S un Fandian(Department of Physics ,S outh China Nornal University ,Guangzhou ,510631)Abstract :This psper described a laser diode frequence stabilization system composed of a precisely temperature control system and a operating current control system of the laser ing the first defferential signal of the resonance line ,the operating frequence of the laser diode can be locked to D 2line of 85 Rb.The measurement results show that the frequence stability evaluated by Allan variance is 10-9order for 10seconds sampling time.K ey w ords :semiconductor laser frequency 2locking stability 引 言从1962年第一台半导体激光器(LD )诞生以来,半导体激光器有了很大的发展,由于具有频率可调谐,能快速调制,易工作在单模以及体积小,价格便宜,可在室温工作等优点,半导体激光器广泛地应用在光纤通信,数据存储,高分辨率光谱学,等离子体的诊断以及激光测量,激光定位等许多领域。
半导体激光器的频率
输出波长与激光二极管温度的关系
半导体激光器的方案设计
通过以上分析，可以得出对半导体激光器驱动电源的要求如下： (1) 能够对 LD 进行驱动； (2) 能够对 LD 驱动电流进行稳恒控制； (3) 能够对 LD 工作温度进行控制；
半导体激光器的方案设计
常用的半导体激光器的电流驱动的控制框图
电流驱动部分：用户可以通过工作模式选择电路来确定驱动电路的工作方式，可以
由于有两个腔存在波长要同时满足两个腔的谐振条件很困难还要满足光栅的衍射条件所以用普通的fp激光二极管衍射光栅做成的外腔激光器虽然单模线宽很窄但是能以单模工作的波长小范围只是许多个很窄的小区域并且十分难寻找其它区域都是跳模或者多模方式严重影响了调谐性能激光器甚至会以脉冲方式工作其实内腔对线宽压窄没有太大意义一般的外腔激光器都使用专门的一面镀了增透膜反射率0005的激光二极管做泵浦这样相当于只有高反膜和衍射光栅之间的一个谐振腔起作用使用衍射光栅形成外腔反馈后半导体激光器的线宽被压窄至数百khz的量级并且激光器工作非常稳定能满足大多数包括原子物理在内的科学实验的要求
t
PID电路模块
PID模块如图3-9，是整个温度控制电路里非常核心的部分，也是 相对比较复杂的，调试起来也比较困难。但其对于温度稳定度的 提高是毋庸置疑的，目前基于PID控制理论的温度控制电路一般 都可以达到0.01℃的温度稳定度。
外腔式半导体激光器控制电路的设计
——恒温控制结构设 计
TEC驱动电路模块
半导体激光器控温系统的核心元件
温度传感器
温度传感器依据自身材料的特点可以将温度信号转变为电信号，目前常见的温 度传感器主要有热电偶、热敏电阻和集成温度传感器。 热敏电阻是一种用半导体材料制成的敏感元件，它是电阻随温度变化的热敏器 件，因此它又可以分为正温度系数热敏电阻(PTC，电阻值随温度的升高而增大)和 负温度系数热敏电阻(NTC，电阻值随温度的升高而减小)，可测温范围-55oC-300oC。 半导体激光器温度控制系统的控温过程是：比较器将采样温度和设置温度之间 的差值作为输入变量，然后采用 PID 控制算法，对其计算产生相应的控制量。控制 变量经由驱动电路，产生相应的电流输入 TEC，对安装在 TEC 上的被控器件既半 导体激光器进行加热或制冷，同时，其温度有被热敏电阻反馈到数据采样电路，从 而改变输出电流大小，直到 LD 的温度稳定在设置温度。
半导体激光器输出特性的影响因素
半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。
下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。
1． 波长半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。
hf=Eg f(Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长且c=3×108m/s ，h=6.628×10?34J ·s ，leV=1.60×10?19J得决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。
不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85μm 波段，InGaAsP-InP 材料适用于1.3~1.55μm 波段。
温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。
2． 光功率半导体激光器的输出光功率 其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。
hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。
由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。
驱动电流是可随意调节的，因此这里主要讨论后两者。
除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。
1）阈值电流半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线表示。
当外加正向电流达到某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用I th 表示。
当激励电流I<I th 时，有源区无法达到粒子数反转，也无法达到谐振条件，以自发辐射为主，输出功率很小，发出的是荧光；当激励电流I>I th 时，有源区不仅有粒子数反转，而且达到了谐振条件，受激辐射为主，输出功率急剧增加，发出的是激光，此时P-I 曲线是线性变化的。
光栅反馈激光器频率特性分析
Ith
I
P－I曲线
输出功率与注入电流的关系
阈值电流与激光器温度的关系
a
b
c
利用激光器的P－I曲线找到Ith的作法有三种：
① 直线拟合法：输出光功率延长线与电流轴的交点作为激光器的Ith （如图a所示），是一种比较常规的作法；
②两段直线拟合法：将P－I曲线中两条直线延长线交点所对应的电流
作为激光器的阈值电流Ith（如图b所示）；
LD PZT
闪耀 光栅
准直透镜
光栅反馈半导体激光器
考虑到系统的整体稳定性,将半导体激光器、准直透镜、光栅及其镜架 固定在一块较厚的底板上,并罩在有机玻璃罩内减小空气流动的影响。
注意事项
1、做实验之前戴激光防护镜 2、严格按照操作规程进行实验，爱护仪器 3、戴静电护腕进行激光器的调试 4、切匆用手摸仪器的光学镜头和其他光学元件 5、实验完备，按顺序关闭仪器，收拾好所有工
怎么办？？？ 发展了多种基于外部光学反馈的技术手段，来解决上述问题。
光反馈：通过平面镜、光栅等反馈元件将输出光束的部分光反馈回半导
体激光器，使激光器中各纵模所获得的净增益发生变化，从而 使特定的模式振荡同时抑制其它模式的方法。
在光反馈技术中，光栅外部反馈是一种简单而有效的方法。
根据光栅反馈的不同构型又可分为Littrow和Littman两种方式：
二、激光器的三要素
Laser
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 表示“受激辐射的光放大”
1964年10月，物理学家钱学森建议称之为-----激光 工作物质 ：实现粒子数反转
激励源：使原子被激发
谐振腔：光放大作用
口腔半导体激光治疗机技术参数
口腔半导体激光治疗机技术参数•功能用途：
1 根管治疗：根管消毒、盖髓术；
2 牙周治疗：牙周袋消毒、种植体周炎、牙周手术等；
3 手术操作：牙龈成形术、系带切除、排龈、种植体暴露、前庭沟加深
术、止血等；
4 生物理疗：粘膜白斑、扁平苔藓、口腔溃疡、颞下颌关节病（快速消除
症状）；
5 口腔美容：牙齿美白；
6 生物刺激：各种微创拔牙、上颌窦手术、种植手术、牙槽手术后使用。
•技术参数:
1 最大功率：≥14W
2 波长范围：955～985nm，
3 最高频率≥10,000 Hz
4 重量：≤1.5KG
5 工作周期可调；工作模式有连续波、间断波和峰值脉冲。
6 光纤：200um
7 电池：内置式可充电锂电池；
8 配置2支治疗用手机，可交替使用
9 可设置医生程序数量≥6个，且每套程序拥有密码保护
10 自编程序≥24个，快捷程序≥12个
11 直观化用户导航功能，只需通过触摸屏就可以进入应用程序
12 中文操作界面
三、售后服务
1、维修响应时间≤4小时
2、由原厂工程师负责安装和培训。
半导体泵浦激光特性以及倍频技术
半导体激光器的频率特性以及倍频技术姓名：李方圆学号：1150730006 班级：11应物一．前言光的频率指的是光波振动的频率，频率是光的基本特性之一。
半导体泵浦0.53μm绿光激光器由于其具有波长短，光子能量高，在水中传输距离远和人眼敏感等优点。
效率高、寿命长、体积小、可靠性好。
近几年在光谱技术、激光医学、信息存储、彩色打印、水下通讯、激光技术等科学研究及国民经济的许多领域中展示出极为重要的应用, 成为各国研究的重点。
论文依据对半导体激光器模型的理论分析，结合激光晶体与倍频晶体特性设计了可根据半导体激光器工作条件平凹直腔与腔内倍频的稳定高效连续二．半导体激光器工作及其倍频结构实验使用808nm LD泵浦晶体得到1.064μm 近红外激光，再用KTP晶体进行腔内倍频得到0.53μm的绿激光，长度为3×3×1mm搀杂浓度3at% α轴向切割Nd:YVO4晶体作为工作介质，入射到内部的光约95%被吸收，采用Ⅱ类相位匹配2×2×5mm KTP晶体作为倍频晶体，它的通光面同时对1.064μm 0.53μm 高透，采用端面泵浦以提高空间耦合效率，用等焦距为3mm的梯度折射率透镜收集808LD激hvE 212 1 2 E 1(c) 光与物质作用的吸收过程E 2 1 E 2E 12 1 光聚焦成0.1μm 的细光束，使光束束腰在Nd:YVO 4 晶体内部，谐振腔为平凹型，后腔片受热后弯曲。
输出镜（前腔片）用K9玻璃，R 为50mm ，对808.5，1.064高反，0.53增透。
用632.8nm He-Ne 激光器作准直光源。
三 . 论文研究的主要内容及技术指标根据国论文的选题要求，论文的主要研究内容和关键参数如下：（1） 观察经过 KTP 倍频晶体后的现象（2） 半导体激光器的输出阈值（3） 相位匹配角四．半导体激光器工作原理光与物质的相互作用可以归结为光与原子的相互作用，有三种过程：吸收、自发辐射和受激辐射。
半导体激光器速率
半导体激光器速率半导体激光器是一种将电能转化为光能的器件，具有小体积、高效率、低成本等优点，被广泛应用于光通信、激光打印、医疗美容等领域。
而半导体激光器的速率是指其输出激光的频率或脉冲重复频率，对于各种应用而言都具有重要的意义。
半导体激光器的速率可以通过多种方式实现，其中最常见的是调制器的使用。
调制器可以根据输入的信号来调节激光器的输出，实现高速的光信号传输。
常见的调制方式有直接调制和外差调制两种。
直接调制是指通过改变激光器的电流来调节输出激光的光强。
这种方法简单直接，但由于半导体激光器的腔长有限，直接调制速率受到一定的限制。
目前，直接调制速率已经可以达到几十GHz，但要实现更高的速率仍然具有一定的挑战。
为了进一步提高半导体激光器的速率，外差调制成为一种常用的方法。
外差调制是通过引入一个辅助激光光束，与激光器的输出光束进行干涉，从而实现对激光器的调制。
外差调制可以实现非常高的速率，目前已经可以达到数百GHz甚至上千GHz的水平。
除了调制器，半导体激光器的速率还受到其他因素的影响。
例如，激光器的腔长和谐振模式对速率有一定的限制。
当腔长较短时，由于腔长模式间的相互干涉效应，速率会受到限制。
而当腔长较长时，速率受到谐振模式切换的限制。
因此，在设计半导体激光器时需要综合考虑腔长和谐振模式的选择，以实现较高的速率。
半导体材料的特性也会对激光器的速率产生影响。
例如，半导体材料的寿命时间常数决定了激光器的响应速度。
寿命时间常数较短的材料能够实现更高的速率，因为它们的载流子重新组合的时间更短。
因此，在材料选择和制备过程中需要考虑寿命时间常数的优化。
总结起来，半导体激光器的速率是指其输出激光的频率或脉冲重复频率，对于各种应用而言都具有重要的意义。
通过调制器的使用，可以实现对激光器速率的调节，其中外差调制是一种常用的方法。
除此之外，半导体激光器的腔长、谐振模式以及材料的特性也会对速率产生影响。
未来，随着技术的不断发展，我们可以预见半导体激光器的速率将会进一步提高，为各种应用领域带来更多的可能性。
半导体激光器件中的光电调制与频率锁定研究
半导体激光器件中的光电调制与频率锁定研究激光器件作为现代通信和光电子技术的重要组成部分，在各个领域中发挥着重要的作用。
为了满足不同应用需求，研究人员一直在努力提升激光器件的性能和稳定性。
其中，光电调制和频率锁定是两个研究热点，它们在半导体激光器件中起到了关键的作用。
光电调制是一种通过电场来调控光信号的技术。
通过对半导体激光器件中的载流子进行控制，可以实现对输出光的幅度、相位或频率的调制。
这种调制技术在通信领域中广泛应用，例如光纤通信中的光调制器和激光雷达中的激光调制器等。
在半导体激光器件中，常用的光电调制方法有三种：直接调制法、外差调制法和外场调制法。
直接调制法是最简单的一种方法，它通过改变激光器件内部载流子的浓度，来实现对输出光的调制。
这种方法的优点是简单易实现，但缺点是调制带宽有限，不适用于高频率调制。
外差调制法是利用光的干涉效应来实现调制的一种方法。
在这种方法中，激光器件发出两个频率相同、相位差固定的光信号，一个作为信号光，另一个作为参考光。
通过改变信号光和参考光之间的相位差，可以实现对输出光的调制。
这种方法的优点是调制带宽高，适用于高频率调制，但需要复杂的光学系统支持。
外场调制法是最常用的一种方法，它通过外加电场来实现对输出光的调制。
在这种方法中，激光器件的结构中引入了外部电极，在施加电场的作用下改变激光器件内部的折射率，从而实现对输出光的调制。
这种方法的优点是调制带宽较大，并且适用于高频率调制。
它在通信领域中得到了广泛应用。
频率锁定是另一个重要的研究课题，它通过控制激光器件的输出频率，使其与其他光源或器件同步。
频率锁定的应用非常广泛，例如在光纤通信中，频率锁定可以实现光信号的稳定发送和接收；在光谱分析领域，频率锁定可以实现高分辨率的频谱测量；在光学钟和激光雷达等领域，频率锁定也具有重要的作用。
实现频率锁定有多种方法，常用的方法包括光学反馈环路、频率鉴相器、锁相放大器等。
光学反馈环路是一种基于光学干涉效应的频率锁定方法，它通过将一部分激光输出光反射回激光器件内部，通过外界对激光器件的调节，使其输出频率与反射光的频率同步。
785半导体激光器参数
785半导体激光器参数
半导体激光器是一种利用半导体材料产生激光的器件。
它的参
数包括以下几个方面：
1. 波长，半导体激光器的波长是指其产生的激光的波长范围，
常见的波长包括可见光范围和红外光范围，如800纳米、850纳米、1310纳米等。
2. 输出功率，输出功率是指半导体激光器输出的激光功率，通
常以毫瓦（mW）为单位。
不同类型的半导体激光器具有不同的输出
功率，可以从几毫瓦到数百毫瓦不等。
3. 调制带宽，调制带宽是指半导体激光器可以进行调制的频率
范围，这对于一些需要进行调制的应用非常重要，比如光通信领域。
4. 工作温度范围，半导体激光器的工作温度范围也是其重要参
数之一，不同的半导体材料和器件结构对温度的稳定性要求不同，
一般来说工作温度范围可以从零下几十摄氏度到上百摄氏度不等。
5. 调制深度，调制深度是指半导体激光器进行调制时输出光功
率的变化范围，通常以百分比表示。
调制深度越大，激光器的调制性能越好。
6. 散热要求，半导体激光器在工作过程中会产生热量，因此散热是一个重要的参数。
散热要求包括散热结构、散热材料和散热性能等方面。
总的来说，半导体激光器的参数涉及到光学、电学、热学等多个方面，不同的应用对其参数有不同的要求，因此在选择和设计半导体激光器时需要综合考虑这些参数。
半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究
半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究激光器件已成为现代科技的关键应用，广泛应用于通信、制造、医疗等领域。
在这些应用中，稳定的激光频率是确保设备性能和数据传输质量的重要因素。
半导体激光器件因其小巧、可靠性高和成本相对较低而受到广泛关注。
然而，在实际使用中，半导体激光器件的频率稳定性仍然是一个挑战。
本文将介绍半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究，分析其应用前景与关键技术。
首先，我们来探讨半导体激光器件中的稳频技术。
稳频是指激光器件产生的激光频率在一定的范围内保持恒定。
稳频技术的研究主要集中在解决以下几个关键问题：频率漂移、频率抖动和频率调谐。
频率漂移是由于环境温度、电流波动或其他因素引起的频率变化。
频率抖动是指激光频率在时间尺度上的快速变化，其主要受到激光器内的噪声与振荡器的限制因素影响。
频率调谐是指通过控制激光器器件中的谐振腔，改变激光频率的能力。
研究人员通过改进材料的选择、增加反馈机制和优化器件的结构等方法，不断改进半导体激光器件的稳频性能。
其次，我们来关注半导体激光器件中的频率稳定性研究。
频率稳定性是指激光器件在长时间运行过程中频率的变化情况。
频率稳定性对于激光器件在通信、光谱分析和精密测量等领域的应用至关重要。
然而，半导体激光器件在长时间运行过程中频率稳定性往往受到多种因素的影响，例如温度变化和器件老化等。
因此，频率稳定性的研究成为了半导体激光器件技术改进的重要方向。
研究人员通过控制温度、加入反馈机制和增强材料的纯度等方法，努力提高半导体激光器件的频率稳定性。
最后，我们来展望半导体激光器件中稳频与频率稳定性研究的应用前景。
随着科技的不断发展，激光器件在通信、制造和医疗等领域的应用需求不断增加。
半导体激光器件由于其小巧、可靠性高和成本相对较低的特点，已成为激光器件技术的重要分支。
然而，稳频与频率稳定性仍然是半导体激光器件技术改进的关键挑战。
通过持续的研究与技术创新，我们有理由相信可以克服这些挑战，进一步提高半导体激光器件的稳频与频率稳定性。
1.5μm半导体激光器绝对频率标准
1.5μm半导体激光器绝对频率标准
谢毅;吴彝尊
【期刊名称】《通信学报》
【年(卷),期】1990(011)005
【摘要】基于NH_3分子在近红外波段振转能级跃迁机制,作者将1.5μm GRIN-ROD外腔InGaAsP BH激光器频率锁定到NH_3吸收谱线上,它的波长是15196。
作为一个绝对的频率标准,该系统长时间的频率漂移和抖动小于1MHz。
【总页数】3页(P39-40,46)
【作者】谢毅;吴彝尊
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.外腔半导体激光器探测1.5μm波段乙炔分子谱线及稳频 [J], 么佳斌;王庆吉
2.1.5μm波段乙炔气体稳频光纤光栅外腔半导体激光器 [J], 金杰;张建伟;杨宇;马
翔
3.频率首要地位的非绝对性——再论汉语国际教育词汇大纲设计标准 [J], 马淸华
4.1.5μm波段外腔半导体激光器稳频技术研究 [J], 金杰;马翔
5.铷原子双共振激发态光抽运光谱及其在1．5μm半导体激光器稳频中的应用 [J], 高静;王杰;杨保东;张天才;王军民
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激光发射频率
激光发射频率激光发射频率（Laser emission frequency）是指激光器发射激光的频率，也是激光器的一个重要参数。
激光器是一种产生高度单色和相干光的装置，其发射频率决定了激光的颜色和用途。
激光发射频率的调控对于激光器的性能和应用具有重要意义。
激光发射频率是指激光器单位时间内发射激光的次数，通常以赫兹（Hz）为单位。
不同类型的激光器具有不同的发射频率范围，常见的激光器包括气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。
气体激光器的发射频率通常在几千赫兹到几十千赫兹之间，根据激光介质的不同，可以产生不同颜色的激光。
例如，氦氖激光器发射的是可见光激光，其频率范围为几十万赫兹到几千万赫兹，常用于激光显示、激光打印等领域。
固体激光器的发射频率范围更广，可以覆盖从红外到紫外的各个波段。
例如，钕掺杂的固体激光器可以发射近红外激光，其频率范围为数百兆赫兹到数千兆赫兹，常用于激光雷达、激光切割等应用。
半导体激光器是最常见的激光器之一，其发射频率范围从红外到可见光都有覆盖。
例如，半导体激光器发射的红光频率范围为数百兆赫兹到数千兆赫兹，常用于激光指示、激光治疗等领域。
而蓝光激光器的频率范围则更高，可以达到数百兆赫兹到数千兆赫兹，常用于激光显示、激光刻录等应用。
激光发射频率的调控对于激光器的应用具有重要意义。
通过调整激光发射频率，可以改变激光的颜色和功率，从而实现不同的应用需求。
例如，在激光显示领域，可以通过调节激光发射频率来实现不同颜色的显示效果；在激光医疗领域，可以通过调节激光发射频率来实现不同深度的组织照射。
激光发射频率的稳定性也是激光器性能的重要指标之一。
激光发射频率的稳定性越高，激光器的相干性和单色性就越好，适用于更多的应用场景。
因此，在激光器设计和制造过程中，需要采取相应的技术手段来提高激光发射频率的稳定性。
激光发射频率是激光器的重要参数之一，决定了激光的颜色和用途。
不同类型的激光器具有不同的发射频率范围，可以应用于不同的领域。
太赫兹;半导体激光器;量子级联激光器;波导
太赫兹；半导体激光器；量子级联激光器；波导摘要：1.太赫兹技术简介2.半导体激光器的特点与应用3.量子级联激光器的工作原理与优势4.波导在太赫兹技术中的应用5.我国在太赫兹技术研究方面的发展与成果正文：1.太赫兹技术简介太赫兹技术，又称为亚毫米波技术或太赫兹波技术，是指工作在0.1THz （100GHz）到10THz（10000GHz）频率范围内的一门科学技术。
太赫兹波位于红外线和微波之间，具有穿透力强、能量低、传播速度快等特点。
近年来，太赫兹技术在物理、化学、生物、通信、安全等领域得到了广泛应用。
2.半导体激光器的特点与应用半导体激光器是一种利用半导体材料作为工作介质的激光器，具有体积小、效率高、寿命长等特点。
半导体激光器广泛应用于光通信、光存储、激光显示、生物医学等领域。
在太赫兹技术中，半导体激光器作为光源，可用于太赫兹波的生成、放大和调制等。
3.量子级联激光器的工作原理与优势量子级联激光器（Quantum Cascade Laser，QCL）是一种具有高效率、低阈值、可调谐等优点的半导体激光器。
其工作原理是在半导体异质结构中，通过电子和空穴的级联跃迁，实现光子的逐级放大。
量子级联激光器在太赫兹技术中具有重要应用价值，可用于高功率、高效率的太赫兹波生成与放大。
4.波导在太赫兹技术中的应用波导是一种用于传输电磁波的导波结构，可分为金属波导、介质波导等。
在太赫兹技术中，波导主要用于太赫兹波的高效传输、信号调制、能量分配等。
近年来，我国科研人员在波导结构设计、波导材料研究、波导器件制备等方面取得了一系列重要成果，推动了太赫兹技术的发展。
5.我国在太赫兹技术研究方面的发展与成果我国在太赫兹技术研究方面起步较晚，但发展迅速。
目前，我国已在太赫兹源、探测器、波导、系统集成等方面取得了一系列重要成果。
半导体激光器稳频
实验报告实验名称：半导体激光器稳频指导教师：姓名：专业：学号：一、实验目的1. 了解光栅外腔反馈半导体激光器的内部结构和基本操作；2. 理解影响半导体激光器频率稳定性的因素；3. 熟悉稳频的基本原理、步骤及操作；4. 掌握标定激光器频率起伏的方法。
二、实验仪器Toptica 光栅外腔反馈式半导体激光器、饱和吸收光谱、锁频模块、示波器三、实验原理稳频的基本思想影响半导体激光器频率稳定性的因素包括LD 温度、注入电流、外腔机械结构等。
因此，对半导体激光器采用恒温、恒流、防震、密封等措施后，其频率稳定度可以提高到一个量级，但再进一步提高，将受温度控制极限的限制。
因此必须采用进一步的稳频措施。
激光稳频技术通常是采用电子伺服系统控制激光的频率抖动。
主要原理是：当激光频率偏离标准频率时，由鉴频器给出误差信号，通过伺服系统和压电元件控制激光器的外腔长，使激光频率自动回到标准频率上。
鉴频原理我们将实验七所得的饱和吸收光谱信号输入到锁频模块中，信号被放大后选择高通滤波，滤去直流部分和电源主频对信号的干扰。
然后锁频模块内置的信号源对激光器的频率进行调制，调制频率记为mod f ，调制幅度记为ω∆。
设激光的初始频率为0ω，那么调制后的激光频率为：)2sin()(mod 0t f t ⨯⨯⨯∆+=πωωω进入探测器的饱和吸收谱信号近似为：)2sin()()(mod 00t f S S t S ⨯⨯⨯∆⨯'+=πωω 这样的信号在锁频模块内部被自己的调制信号进行检波 )4cos()()2sin()(21)]2sin()[()2sin()2sin()(mod 0mod 002mod 0mod 0mod t f S t f S S t f S t f S t f t S ⨯⨯⨯∆⨯'-⨯⨯+∆⨯'⨯=⨯⨯⨯∆'+⨯⨯⨯=⨯⨯⨯πωωπωωπωωππ检波后的信号再送入低通滤波器，目的是滤掉所有与时间有关的高频项。
半导体激光器件中的频率转换与非线性效应分析
半导体激光器件中的频率转换与非线性效应分析激光技术是现代通信、医疗、材料加工等领域重要的基础技术之一，而半导体激光器件作为其中的关键组成部分，具有广泛的应用前景。
在半导体激光器件中，频率转换和非线性效应是两个重要的研究领域，它们在提高激光器件性能、实现多功能应用方面发挥着重要的作用。
频率转换是指将激光器件的输出频率从一个波长转换为另一个波长的过程。
在现实应用中，频率转换通常指的是将激光器件的输出波长转换为更短或更长的波长，以满足不同应用场景的需求。
频率转换技术具有广泛的应用，例如光通信领域中的波分复用技术、光谱分析、生物光谱学等。
在半导体激光器件中，常用的频率转换方法包括倍频、和频与差频。
倍频是指通过非线性光学材料（如非线性晶体）将激光的频率加倍。
在倍频过程中，激光通过与非线性晶体相互作用，产生二次谐波。
二次谐波的波长为输入光的一半，这样就实现了频率的倍增。
倍频技术在光通信领域中广泛应用于二次谐波发生器、绿光激光器等设备中。
和频是指将两个或多个激光波长通过非线性光学材料（如非线性晶体或光纤）进行混频，从而产生新的频率。
和频技术通常用于光学频率转换、光学调制等应用。
在半导体激光器件中，和频技术可通过将两个波长相近的激光器件的输出光束耦合到同一个非线性晶体或光纤中，通过非线性效应实现频率的转换。
差频是指利用非线性晶体或光纤的二阶非线性效应，将两个不同频率的激光波长混频得到新的频率。
差频技术在斯托克斯拉曼散射、布里渊散射等领域有重要应用。
在半导体激光器件中，差频技术可通过控制两个激光器件的波长、功率和时空特性等参数进行混频，实现频率转换。
除了频率转换外，半导体激光器件中的非线性效应也是一个重要的研究领域。
非线性效应指的是在激光器件中，激光与材料或光场相互作用时，产生的非线性光学效应。
非线性效应包括二阶非线性和三阶非线性效应。
二阶非线性效应主要包括二次谐波生成、二次和频生成等，而三阶非线性效应则主要体现在非线性折射率、自聚焦、自相位调制等方面。
半导体激光器资料
半导体激光器资料
可以参考下面的内容
一、半导体激光器的定义
半导体激光器（semiconductor laser）是一种激光器，它的腔面由
金属外壳封装的半导体材料制成，具有可靠性、体积小、成本低等特点，
是目前微纳尺度激光技术中最重要的、应用最广泛的激光尺度。
半导体激
光器基本工作原理是电子以固定的速度在内部半导体中运动，在它的路径上，它会发射有定向性的射线，从而可以产生出一束激光光束。
半导体激
光器可以分为极化激光器，平面波导激光器和相位整形激光器等。
其中极
化激光器是最常用的半导体激光器，其结构类似于管状对称腔，其正反折
射率之比等于晶体的折射率之比，因此它能够实现高发射能量，且在有限
的腔体尺寸内，其发射光谱线宽度非常小（可以达到百纳米级），它的频
率可以多比较准确的控制。
二、半导体激光器的特点
1、结构小巧：半导体激光器发射的光束广泛应用，其体积可以极小，甚至可以把一个激光器安装在一个硬币大小的硬件上，具有安装方便灵活、可移动通道的特点，是汽车辅助安全检测、激光打印机等设备的最佳光源。
2、发射能量强：半导体激光器发射的能量强度非常大，可以节省电流，减少发射时间，从而消除材料表面上的气泡，减少材料的热量影响。
半导体激光疗仪技术参数
半导体激光疗仪技术参数1.功率：半导体激光疗仪的功率是指激光器每秒钟输出的能量。
通常以瓦特（W）为单位表示。
功率的大小直接关系到激光的治疗效果和穿透深度。
不同的疗法和治疗部位可能需要不同功率的激光。
2. 波长：激光束的波长是指激光光束中电磁波的长度，常用的波长有650nm、808nm和980nm等。
不同波长的激光在人体组织中的穿透能力和吸收能力不同，因此应根据具体治疗需求选择合适的波长。
3. 能量密度：能量密度是指激光光束单位面积上的能量，常用单位为焦耳/平方厘米（J/cm²）。
能量密度的大小与激光对组织的作用深度有关，过低的能量密度可能无法达到治疗效果，过高的能量密度可能会对组织产生损伤。
4. 脉冲宽度：脉冲宽度是指激光光束在时间上的持续程度。
通常以毫秒（ms）为单位表示。
对于激光治疗来说，脉冲宽度的选择取决于治疗的目的和所需的效果。
5.重复频率：重复频率是指激光器在单位时间内发射的脉冲数。
一般以赫兹（Hz）为单位表示。
重复频率的选择与治疗的需要和治疗部位有关，较高的重复频率可能提高治疗效果，但也可能加大对皮肤的刺激。
除了以上的主要技术参数外，半导体激光疗仪还可能具有其他附加功能和特点，如激光束调整、温度控制和治疗时间设定。
这些附加功能能够提升激光疗仪的使用便利性和治疗效果。
总之，半导体激光疗仪的技术参数包括功率、波长、能量密度、脉冲宽度和重复频率等。
合理选择这些参数能够确保激光的治疗效果和安全性，因此在使用半导体激光疗仪时需要根据具体情况和治疗需求进行调整和配置。
半导体激光器件中的橡皮筋效应与频率限制研究
半导体激光器件中的橡皮筋效应与频率限制研究引言：随着现代科技的不断发展，半导体激光器件在信息传输、医学诊断和激光加工等领域中扮演着重要角色。
为了提高半导体激光器件的性能，研究人员对其进行了大量的研究。
本文将重点讨论半导体激光器件中的橡皮筋效应和频率限制，并探讨了解决这些问题的方法。
一、半导体激光器件中的橡皮筋效应橡皮筋效应是指当半导体激光器件受到外界干扰时，其输出功率会产生非线性变化的现象。
这种效应的产生主要是因为半导体激光器件的工作状态对外界环境的敏感性较高。
橡皮筋效应造成的影响：1. 输出功率抖动：橡皮筋效应会导致半导体激光器件的输出功率在一定时间内不稳定，引起输出功率的抖动。
2. 波长漂移：橡皮筋效应可能引起半导体激光器件输出光的波长发生偏移，从而影响其光谱特性。
3. 频率副峰：在某些情况下，橡皮筋效应还会在激光器的输出光谱中产生频率副峰，干扰激光器的主要输出频率。
二、频率限制频率限制是指半导体激光器件在工作时存在的输出频率受限制的问题。
这主要源于半导体材料的性质以及激光器件的结构。
频率限制的原因：1. 绝热效应：半导体激光器件中的电热耦合的绝热效应会导致激光的频率受到限制。
当激励电流的变化引起温度分布变化时，激光器件的频率也会发生变化。
2. 论证效应：半导体材料的能带结构和材料的掺杂浓度会对激光的频率产生影响。
具体而言，半导体激光器件的频率受到其能带结构和材料掺杂浓度的限制。
三、解决方法为了克服半导体激光器件中的橡皮筋效应和频率限制，研究人员提出了一些解决方法。
解决橡皮筋效应的方法：1. 温度控制：通过控制半导体激光器件的工作温度，可以减少激光器件受到外界干扰的影响，从而减小橡皮筋效应的产生。
2. 抑制噪声：采用适当的噪声抑制技术，可以减少激光器件输出功率的抖动，从而降低橡皮筋效应的影响。
3. 优化结构：改进激光器件的结构设计，以提高其稳定性和抗扰动能力，从而减小橡皮筋效应的发生。
解决频率限制的方法：1. 发展新材料：研究人员可以寻找具有更合适能带结构的新材料，以改善激光器件的频率特性。
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半导体制冷器，也称热电制冷器，其英文名称为 Thermo Electric Cooler，简称 TEC。它是一种利用珀耳帖(Peltier)效应工作，能起小型热泵作用的半导体电子器 件，可以用于制冷，也可以用于加热。半导体制冷器的基本结构如图所示。
半导体激光器控温系统的核心元件
珀耳帖(Peltier)效应
当有电流通过不同的导体组成的回 路时，除产生不可逆的焦耳热外， 在不同导体的接头处随着电流方向 的不同会分别出现吸热、放热现象。 如果电流从自由电子数较高的一端A 流向自由电子数较低的一端B，则B 端的温度就会升高；反之，B端的温 度就会降低。这是J.C.A.珀耳帖在 1834年发现的。
半导体激光器的方案设计
常用的半导体激光器的温度控制框图
温度采集
比 较 器
控制电流
温度控制部分：如图所示，半导体激光器的温度经温度传感器（热敏电阻）采集， 送入比较器，比较器把采集到的温度信号与设定的控制温度进行比较。经过比例积 分微分控制(PID Controller, Proportional-Integral-Differential Controller)处理后通过改 变热电制冷器的驱动电流大小及电流方向达到控制激光器工作温度的目的，进而对 半导体激光器进行制冷或加热，从而保证了半导体激光器温度的稳定。
半导体激光二极管的主要参数
半导体激光二极管的常用参数主要有：波长、阈值电流Ith 、工作 电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im。
(1) 波长：即激光管工作波长，常见的激光二极管的波长有635nm、650nm、 670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。激光二极管的波长可以 由波长计测得。
(2) 阈值电流Ith ：随注入电流增加，激光器首先是渐渐地增加自发辐射，直至它 开始发生受激辐射。最感兴趣的参数是开始发生受激辐射时的精确的电流值 通常把这个电流值称之为阈值电流，它是一个正向电流，并用符号Ith表示。
(3) 工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试 激光驱动电路较重要。
半导体激光器控温系统的核心元件
半导体制冷块
半导体制冷器具有如下优点：
• 结构简单，整个制冷器由电热堆和导线 组成，无制冷工质，无磨损。寿命长， 工作可靠性高，工作环境要求低。
• 制冷温度和冷却速度可以通过工作电流 来控制，控制灵活、启动快。
• 工作具有可逆性，将工作电流反向，即 成为加热器。
• 控制精度高，控制温度范围大，制冷速 度快。（40°（一级）和60°（二级））
输出功率及阈值电流与温度的关系
温度特性---温度对波长的调谐
输出波长与激光二极管温度的关系
产生调谐的主要原因：
禁带宽度随温度升高变窄，半导体 激光器的波长发生红移。典型的温 度调谐曲线如图所示，随着温度的 升高，半导体激光器的发射波长以 阶梯形式跳跃变化，跳跃是由温度 变化引起的增益曲线的移动导致的 纵模之间的跳变引起的。
半导体激光器的注入电流的变化导致的载流子浓度的变化不但会引起 材料折射率的改变，而且也会改变增益系数。因此半导体激光器的波长会 随着注入电流的改变而改变。典型的电流调谐曲线是以阶梯形式变化的。
半导体激光器的输出特性
半导体激光二极管的的温度特性
因为PN结受温度影响较大，所以，温度的微小变化将影响半导体激光器阈 值特性、输出功率以及波长等特性。
一，在同一温度条件下，当电流小 于某一值时，功率接近零值；当电 流超过该值时，功率随电流增长直 线上升，这个值称之为LD的阈值； 二，阈值电流随温度升高而增大， 于是整个激光管的特性曲线基本上 随温度的变化而平行移动；
输出功率及阈值电流与温度的关系
三，如果LD在恒定的电流下工作， 当环境温度发生变化时，LD输出功 率也随之变化。输出功率显著下降， 即温度增大会使 P-I 特性发生劣化。
• b-c段，只有电流增大到使增益足以补偿损 耗时，才能产生模式明确、谱线尖锐的光 振荡，发出激光。刚好使激光器产生激光 的驱动电流称为阈值电流，以Ith表示。功 率随电流的增大线性增大
电流特性---电流对波长的调谐
1
g 2
n k n 2
Δβ为传输常数的变化量 Δn为折射率的变化量 Δg为增益系数的变化量 α为线宽增加因子
输出功率与注入电流的关系
• o-a 段，由于激光器只有在被加上足够的电 压和足够的电流才会生成激光。在电流较 小的时候，结区的电子和空穴较少，吸收 大于辐射，增益系数G<0，此时激光器发 出的是普通荧光。
• a-b 段，随着电流增大，结区的电子空穴数 量增多，达到 G>0 时，就会出现光放大现 象，此时激光器发出很亮的荧光。但若增 益小于谐振腔自身的损耗，腔内仍不能产 生光振荡，这就是“超辐射”现象。
半导体激光器的方案设计
通过以上分析，可以得出对半导体激光器驱动电源的要求如下： (1) 能够对 LD 进行驱动； (2) 能够对 LD 驱动电流进行稳恒控制； (3) 能够对 LD 工作温度进行控制；
半导体激光器的方案设计
常用的半导体激光器的电流驱动的控制框图
电流驱动部分：用户可以通过工作模式选择电路来确定驱动电路的工作方式，可以 是ACC模式，也可以是APC模式。工作时，由设定电路设置驱动电流大小（ACC） 或者设置激光器输出光功率的大小（APC）。当用户设置驱动电路工作在 ACC 模 式时，采样电阻通过对输入LD的电流采样，然后反馈给比较控制器，从而形成电流 负反馈回路；当用户设置驱动电路工作在 APC 模式时，PD（光电二极管）接收LD 一小部分输出光功率，并转化成光功率检测电流，该电流通过电流—电压转换后， 将光功率采样值反馈给比较控制电路，形成闭环负反馈控制回路。
(4) 垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在 15˚~40˚左右；水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张 开的角度，一般在6˚~ 10˚左右。
半导体激光二极管的主要参数
半导体激光器的输出特性
半导体激光二极管的电流特性
P
c
b
o a Ith
ILeabharlann P－I曲线