面向原子传感器的半导体激光器系统设计

【摘要】原子传感器作为目前一种高精度传感器，在高精度导航、基础物理学、地球物理学和医学研究等方面具有广泛的应用，而且是目前高精密传感器的一个热门研究领域。高精度半导体激光器作为原子传感器的重要组成部分，其稳定性、线宽等因素对于原子传感器的各项技术指标具有很大的影响。本文根据原子传感器的技术要求，综合目前半导体激光器的发展现状，设计了一套面向原子传感器的外腔半导体激光器系统，并为本系统设计了一个简单实用的稳频结构，以求取代昂贵的进口激光器。首先，本文研究了原子传感器的应用领域以及发展现状，调研了半导体激光器的发展历史以及目前的发展情况和现在市场上主要的半导体激光器产品，然后综合原子传感器的技术要求和半导体激光器的实际情况，最终确定了本文的主要研究内容。其次，设计了外腔半导体激光器的整个系统框架。根据温度控制的基本原理和采样电路的特点设计了温度控制系统；以负反馈控制电路为基础设计了电流控制系统；为了保证半导体激光器输出频率的长时间稳定，对比几种常用的以原子或者分子为频率标准的稳频方式，最终选择塞曼稳频原理，设计了稳频系统。最后，采用Newport公司生产的DFB封装795nm波长的激光管进行了测试。第一，在无稳频系统时，对本外腔半导体激光器的温度控制系统和电流控制系统的稳定性能进行了测试，温度的控制范围为室温下1.50101℃,控温精度优于1.8110-3℃，标准差小于210-4℃。电流的调节范围为0-2.00102mA，纹波小于1.00102nA。并且得出其10s的频率稳定度为110-9；第二，加入稳频系统之后，测试了激光器的频率稳定度，并得出了其100s频率稳定度为110-10。
【作者】侯庆志；
【导师】熊继军；冯焱颖；
【作者基本信息】中北大学，仪器仪表工程，2014，硕士
【关键词】原子传感器；半导体激光器；温度控制；电流控制；激光器稳频；频率稳定度；

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