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带间级联激光器在调谐过程中的动态本征线宽测量

带间级联激光器在调谐过程中的动态本征线宽测量

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作者：韩瑞炎天津大学

学位级别：硕士

带间级联激光器(Interband Cascade Laser,ICL)作为一种新型的中红外光源,以其低功耗、高边模抑制比、高量子效率等特点,被广泛应用到痕量气体检测和相干光通信领域。而其动态本征线宽特性是表征其相干性和光谱纯度的重要参数,在实际应... 详细信息

带间级联激光器(Interband Cascade Laser,ICL)作为一种新型的中红外光源,以其低功耗、高边模抑制比、高量子效率等特点,被广泛应用到痕量气体检测和相干光通信领域。而其动态本征线宽特性是表征其相干性和光谱纯度的重要参数,在实际应用中具有重要意义,开展ICL动态本征线宽特性的研究显得非常必要。本文的主要工作包括:第一、提出了一种激光动态本征线宽的测量方法。结合动态线宽测量信号模型分析,充分考虑激光驱动器电流噪声以及激光器温度噪声对线宽测量的影响,设计实验方法,搭建实验系统,并应用于ICL的动态本征线宽测量中,首次实现了ICL在电流调谐状态下的本征线宽特性分析,验证了方法的准确性和可靠性。第二、提出了初值自适应AI-LM拟合算法。采用二次迭代的方式,利用一次迭代拟合结果和相应的拟合参数,预测二次迭代过程中初值赋值的相关参量,结合反馈迭代的思想,寻找最优迭代初值,实现了多参量非线性函数的有效拟合。该方法有效的解决了Levenberg-Marquardt拟合算法中由于初值赋值不合理引起拟合误差较大甚至拟合失败的问题,提高了拟合精度。第三、获得了激光器工作参数对ICL动态本征线宽的影响机理。根据不同注入电流下的线宽特性对比分析,发现了ICL动态本征线宽随注入电流增加而减小的变化规律,验证了该规律的作用机理与光功率变化有关,且受ICL增益系数的影响。利用不同温度下的动态本征线宽特性分析,提出了工作温度通过改变光功率而影响ICL动态本征线宽特性的作用机制。结合不同调谐频率下的本征线宽特性评价,明确了ICL动态本征线宽与调谐频率的负相关关系,且验证了该相关系数受注入电流变化的影响。该工作对全面深入了解激光器具有重要意义。本文提出AI-LM拟合算法并应用到激光器动态本征线宽的测量中,首次实现了ICL在电流调谐状态下的动态本征线宽测量。并获得了调谐电流、调谐频率以及工作温度等工作参数对激光器本征线宽影响机理。该工作揭示了激光器工作电流、调谐频率以及工作温度对激光器动态线宽影响,使我们对激光器有更加全面的了解,为激光器的结构和工艺优化提供技术指导。

关键词：带间级联激光器动态本征线宽 AI-LM拟合算法反馈迭代

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