【摘 要】
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随着谐振式微光学陀螺、相干光通信、反射镜阵列等光电技术的不断发展,对光源质量如线宽、稳定性等提出了更高的要求。尽管现有的商用窄线宽激光器借助高精度控温模块及稳频装置,能够实现对谐振腔的稳频控制,但该技术固有成本高且体积较大,极大地限制了其在微光机电传感等方面的应用。而随着微光机电系统高精度、小型化的发展趋势,对窄线宽激光器也提出了更高的要求。因此,针对窄线宽、高稳定性光源的小型化、低成本化需求,本
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随着谐振式微光学陀螺、相干光通信、反射镜阵列等光电技术的不断发展,对光源质量如线宽、稳定性等提出了更高的要求。尽管现有的商用窄线宽激光器借助高精度控温模块及稳频装置,能够实现对谐振腔的稳频控制,但该技术固有成本高且体积较大,极大地限制了其在微光机电传感等方面的应用。而随着微光机电系统高精度、小型化的发展趋势,对窄线宽激光器也提出了更高的要求。因此,针对窄线宽、高稳定性光源的小型化、低成本化需求,本论文设计并制备了光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）、光纤环形谐振腔（Fiber Ring Resonator,FRR）和光波导环形谐振腔（Waveguide Ring Resonator,WRR）三种谐振腔,并分别对其光源压窄能力、噪声抑制能力以及光源中心频率对谐振腔谐振频率的锁定效果进行探究。并在此基础上进行了光源中心频率锁定效果的评估实验,实现了对半导体激光器的线宽压窄和锁定。具体工作内容及结论如下:（1）以光纤布拉格光栅作为自注入外腔,对其光场、折射率等进行仿真分析,最终设计参数并完成制备及标定,并对基于光纤布拉格光栅的自注入锁定系统输出光谱从线宽压窄以及噪声功率谱密度进行测试评估,实验测得其压窄后线宽约为52.5k Hz,尽管线宽压窄了近2个数量级。但其相位噪声仅在-100d Bc/Hz,RIN噪声在-150d Bc/Hz,但在高频段的抑制效果不佳。（2）为了实现对线宽的进一步压窄以及对噪声的进一步抑制,本文对光纤腔的耦合系数进行仿真,并设计了基于光纤环型谐振腔的自注入锁定系统。对光纤环腔的线宽压窄能力、稳定性以及对谐振腔谐振频率的跟踪和锁定能力进行了测评。实验测得其线宽在压窄后可达到2.45k Hz,线宽压窄能力达到3个量级,其相位噪声可达-120d Bc/Hz,RIN噪声可达-150d Bc/Hz。（3）为抑制自注入锁定中的跳模现象和频谱漂移现象,本文设计了基于波导环型谐振腔的自注入锁定系统,对其不同的耦合间距进行仿真。基于波导腔的自注入锁定系统对跳模现象以及频谱漂移现象实现了很好的抑制效果;此外,对波导环腔的线宽压窄能力、稳定性以及对谐振腔谐振频率的跟踪和锁定能力进行了测评。实验测得其线宽在压窄后可达到6.25k Hz,线宽压窄能力达到500倍,其相位噪声可达-120d Bc/Hz,RIN噪声可达-150d Bc/Hz,具有较好的稳定性。
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