半导体激光器自混合散斑干涉理论及其应用

【摘要】： 激光自混合效应是指激光器输出的光被外部物体反射或散射后，其中一部分光又反馈回激光器的谐振腔，反馈光携带了外部物体的信息。与腔内光相混合后，会调制激光器的输出，称为自混合效应。激光的自混合效应来源于激光器的外部光反馈效应，以前人们总是设法消除光反馈的影响，后来逐渐的由消除光反馈的不利影响到主动利用光反馈效应检测物理量，从而形成了一门新的技术。 相干光从光学粗糙表面散射时，结果在探测面上出现随机的颗粒状的强度分布，称为散斑，散斑是由粗糙表面上各面元的散射光波之间的干涉在空间域内形成的，所以散斑也是粗糙表面一些信息的携带者。 结合自混合和散斑的原理，将散斑现象引入半导体激光器。让半导体激光器的光学反馈来自垂直地照射的粗糙表面，把光强调制成为随机的散斑信号。封装在半导体激光器另一侧的光电二极管，检测光学反馈生成的自混合散斑干涉信号，确定物体的状态。 本文研究了自混合干涉。利用Lang—Kobayashi速率方程，研究了在弱光反馈的条件下，半导体激光器的输出，通过计算，模拟了半导体激光器的输出情况，并进行了实验的验证。 主要研究了自混合散斑干涉。将移动的粗糙表面形成的外腔等价于随机变化的反馈条件，修正Lang—Kobayashi速率方程，得到变反馈条件下的半导体激光器的输出。分析了随机变化的反馈强度与外腔长度对激光光谱特性的影响。模拟了散斑干涉信号的波动与粗糙表面横向移动速度的关系。通过实验也得到了移动速度和波动次数的关系，并对速度进行测量。从而预示着半导体激光器有着既作为光源又用作速度测量的传感器的应用前景。