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第1章 绪论 1

1.1 半导体激光器发展历史回顾 1

1.2 单频半导体激光器及其应用 3

参考文献 6

第2章 半导体激光器概述 9

2.1 半导体激光器的结构和基本原理 9

2.1.1 半导体中的光受激发射条件 10

2.1.2 半导体P-N结、异质结和量子阱 13

2.1.3 半导体激光器的激射条件和速率方程 16

2.2 半导体激光器的特性 18

2.2.1 输出功率特性 19

2.2.2 横向结构和横模特性 22

2.2.3 光谱特性 25

2.2.4 瞬态特性和电流调制特性 27

2.2.5 温度特性 31

2.3 半导体激光的线宽和噪声 34

2.3.1 激光器噪声机理及其表征 35

2.3.2 单频半导体激光的线宽和线型 38

2.3.3 半导体激光器的低频噪声 45

2.3.4 频率稳定性与阿仑方差 50

参考文献 52

第3章 单片集成单频半导体激光器 56

3.1 分布反馈半导体激光器 56

3.1.1 DFB激光器的耦合模理论分析 57

3.1.2 DFB激光器结构和制作工艺 62

3.1.3 DFB激光器的基本特性 63

3.2 分布布拉格反射半导体激光器 69

3.2.1 DBR激光器结构和作用原理 69

3.2.2 无源波导光栅反射光谱 70

3.2.3 DBR激光器的基本特性 72

3.3 垂直腔面发射半导体激光器 77

3.3.1 VCSEL激光器结构和基本原理 77

3.3.2 VCSEL激光器的基本特性 83

参考文献 88

第4章 外腔单频半导体激光器 94

4.1 外腔半导体激光器的特性和基本理论 95

4.1.1 ECDL模型和基本特性 95

4.1.2 弱反馈平面外腔半导体激光器的基本理论 97

4.1.3 强反馈选频外腔半导体激光器的特性 99

4.1.4 半导体激光器的注入锁定 101

4.1.5 光反馈诱导的半导体激光器不稳定性 104

4.2 平面光栅外腔半导体激光器 106

4.2.1 Littrow结构外腔半导体激光器 107

4.2.2 Littman-Metchalf结构外腔半导体激光器 109

4.2.3 光栅外腔激光器单元技术 110

4.2.4 光栅外腔激光器的性能和进展 113

4.3 布拉格光栅外腔半导体激光器 118

4.3.1 体布拉格光栅外腔半导体激光器 118

4.3.2 光纤布拉格光栅外腔半导体激光器 124

4.3.3 平面波导布拉格光栅外腔半导体激光器 127

参考文献 129

第5章 半导体激光器的稳频技术 135

5.1 饱和吸收光谱技术概要 135

5.1.1 吸收光谱的经典理论和功率饱和效应 136

5.1.2 吸收谱线的多普勒展宽与饱和吸收光谱 138

5.2 调制光谱稳频技术 142

5.2.1 调频光信号的频谱分析 142

5.2.2 调制光谱稳频及饱和吸收稳频半导体激光器 145

5.2.3 残余幅度调制的影响和消除方法 149

5.3 无调制稳频技术 152

5.3.1 偏振光谱技术 152

5.3.2 萨格纳克干涉仪型鉴频技术 153

5.3.3 磁致二色性稳频技术 157

5.3.4 正交偏振光负反馈稳频方法 158

5.4 PDH（Pound-Drever-Hall）稳频技术 160

5.4.1 法布里－珀罗谐振腔的频谱特性 160

5.4.2 PDH稳频技术的原理和特性 163

5.4.3 PDH稳频激光器的关键技术和进展 167

参考文献 169

第6章 激光扫频和光学锁相技术 175

6.1 激光扫频技术 175

6.1.1 半导体激光器的电流调谐和线性扫频 176

6.1.2 腔内调谐扫频 180

6.1.3 外调制器扫频技术 188

6.2 光频转换和光锁相技术 194

6.2.1 光锁相技术基本原理 195

6.2.2 光锁相技术的应用 199

6.3 光频率梳及其在光谱技术方面的应用 208

6.3.1 光频率梳的产生和基本特性 208

6.3.2 光频率梳在光频转换和锁定方面的应用 213

参考文献 218

第7章 单频半导体激光器的应用 227

7.1 单频半导体激光器在冷原子物理和技术领域的应用 227

7.1.1 时间基准和原子钟 227

7.1.2 原子的激光冷却和冷原子钟 228

7.1.3 冷原子物理和光谱技术相关的数据资料 232

7.2 单频半导体激光器在光通信领域的应用 236

7.2.1 相干光通信对激光器频率特性的要求 236

7.2.2 星际光通信 239

7.2.3 射频光纤技术 240

7.3 单频半导体激光器在测量传感领域的应用 241

7.3.1 基于光波干涉的精密测量技术 241

7.3.2 分布式光纤传感器 243

7.3.3 激光光谱技术 248

7.4 单频半导体激光器在激光雷达领域的应用 250

7.4.1 激光雷达的基本结构 250

7.4.2 合成孔径激光雷达 252

参考文献 253

索引 257