可應(yīng)用于芯片級原子光學(xué)器件上的VCSEL激光器控制系統(tǒng)研究.pdf

1、原子光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得原子光學(xué)儀器在諸多測量領(lǐng)域確立了高精度測量手段的地位，如原子頻標(biāo)、原子磁強(qiáng)計和原子慣性系統(tǒng)。 近年來，研究人員將堿金屬原子特性與MEMS工藝結(jié)合起來發(fā)展了芯片級原子頻標(biāo)與原子磁強(qiáng)計，將原子光學(xué)器件進(jìn)一步向低功耗和微型化的方向發(fā)展，從而大大擴(kuò)展了原子光學(xué)器件的應(yīng)用。 芯片原子光學(xué)器件的發(fā)展得益于兩大核心技術(shù)的進(jìn)展：可調(diào)制單頻微型半導(dǎo)體激光器技術(shù)和原子傳感器的微制造技術(shù)。 垂直腔面發(fā)射激光器(V

2、CSEL)因其窄線寬、低功耗、高調(diào)制效率、小體積和易集成等特征而成為芯片級原子光學(xué)器件研制中被廣泛采用的激光器。 本文面向芯片級原子光學(xué)器件(尤其是芯片級原子頻標(biāo)系統(tǒng))的開發(fā)，研究VCSEL激光器的控制系統(tǒng)及其高頻調(diào)制特性。進(jìn)行了780nm垂直腔面發(fā)射激光器控制系統(tǒng)的整體設(shè)計，包括光學(xué)、機(jī)械和電路3個部分，給出設(shè)計方案并進(jìn)行了系統(tǒng)的制作。對系統(tǒng)進(jìn)行電學(xué)和光學(xué)性能測試。 電學(xué)性能測試包括對自制高精度恒流源和溫控模塊的測試，

3、測試結(jié)果表明：控制系統(tǒng)電流精度為0.1mA，輸出電流穩(wěn)定度為±0.02mA，電流紋波系數(shù)為0.01；溫度調(diào)節(jié)精度為0.1℃，控溫分辨率小于0.01℃。光學(xué)性能包括波長、光斑、熒光測試和分析。 測試結(jié)果表明：該激光器中心波長為780nm，圓偏振態(tài)，閾值電流0.4mA，功率2.5mW，基本滿足芯片級原子頻標(biāo)使用要求。利用研制的VCSEL激光器系統(tǒng)，基于微帶匹配技術(shù)設(shè)計了高精度阻抗匹配電路，實驗研究了VCSEL激光器的高頻調(diào)制特性。