摘要
半导体激光器具有体积小、造价低、易调节、易与其他电子器件集成等优点，其中具有良好单纵模和窄线宽特性的分布反馈（DFB）半导体激光器在相干通信、高精度探测等领域有广泛的应用，但是普通DFB半导体激光器仍不能满足许多应用对超窄线宽和高频率稳定度的要求。 本文研究DFB半导体激光器基于光纤环形谐振器（OFRR）的自注入锁定和光学锁相环锁定。基于光反馈半导体激光器基本理论，计算了反馈功率和相位对激光器输出光线宽和相位的影响。考虑到该理论模型的局限性，我们数值求解了OFRR自注入锁定下半导体激光器的速率方程，对半导体激光器自由运行和基于OFRR自注入锁定的输出特性进行了模拟，计算了反馈功率和反馈相位对激光器输出光的影响，总结了相应的影响规律。实验探究了DFB半导体激光器基于OFRR自注入锁定，自由运行状态线线宽为4MHz左右的DFB半导体激光器锁定后线宽降到20kHz，测量并分析了反馈光功率和注入电流对激光器输出光的影响，以及锁定的无跳模稳定时间。 基于光学平衡锁相环基本原理，设计了一种基于实时数据采集和识别的平衡光学锁相环，该方案具有环路设计简单、反馈调节参数易调节、可避免周期性滑步对相位解调的影响等优点。利用两个窄线宽光纤激光器验证了该锁相环设计的可行性，实验中两激光器保持锁定状态超过2h，频率稳定度相比于自由运行条件下提升了三个量级。将本文设计的光学锁相环方案应用于DFB半导体激光器的锁定还需要克服其输出频率对电流变化过于敏感的困难。
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