半导体激光器偏振旋转反馈稳频技术研究

窄线宽、高频率稳定性的半导体激光光源在激光原子冷却、玻色-爱因斯坦凝聚、冷原子钟以及全球卫星导航等领域有着重要应用，故半导体激光器的稳频技术研究具有重要意义。本项目结合偏振旋转反馈技术和饱和吸收光谱技术，可同步实现半导体激光器的线宽压窄及频率稳定，提高激光器的频率性能。研究内容有：通过包含两个偏振方向光的相互作用及其对激光器频率的影响、在外部反馈项中引入原子饱和吸收的影响等得到半导体激光器的速率方程模型；在理论模型的基础上，对系统的一些关键特性进行实验研究，包括：原子的吸收特性、偏振旋转反馈下激光器的频率特性等，得到系统的关键参数；搭建一套演示系统，进行实验验证，并对稳频性能进行测试。项目旨在解决常用稳频技术存在的缺点，结合偏振旋转反馈技术和饱和吸收光谱技术，有望同步改善半导体激光器的线宽和频率稳定性能，为半导体激光器稳频技术的发展提供新的学术基础和技术手段，促进半导体激光器的更广泛应用。

本项目根据计划书的要求，开展了基于偏振旋转反馈稳频技术的研究工作，结合偏振旋转反馈技术和饱和吸收光谱技术同步实现了半导体激光器的线宽压窄和频率稳定，将852nm的DFB半导体激光器的输出频率稳定在Cs原子的饱和吸收峰上，频率稳定性和线宽得到了较大的改进，频率稳定性由96MHz提高到7.1MHz，提高了14倍，线宽由22MHz压窄到550KHz，降低了44倍，验证了此方案的可行性；同时经过分析，认为此方案能得到的最终频率稳定性可以到1MHz左右，和基于调制的原子饱和吸收光谱稳频技术的频率稳定性相当。项目总共发表SCI论文9篇，其中Optics Express文章一篇(2014 ，Vol.22，No.13,15757-15762），EI国内期刊文章6篇，授权发明专利1项，超过了项目计划书的要求，取得了较好结果；项目同时协助培养了两位博士研究生，一位已经顺利毕业并留所工作。