高精度稳频半导体激光器是开展前沿科学研究的基础高端仪器，也是目前国际上蓬勃发展的量子精密测量、时频通信、原子物理等领域仪器装备的核心器件，对国家经济发展和安全建设意义重大。本书从半导体激光器的发展历史与趋势出发，系统介绍了法拉第激光器的基本原理与工艺技术，详细阐述了法拉第激光器开机自动对应原子跃迁谱线，具有抗温度、电流波动能力强的显著优势。此外，书中还介绍了法拉第激光器在铯原子钟、原子重力仪、水下光通信系统等高端仪器装备中的实际应用情况及重要价值，并探讨了法拉第激光器未来发展趋势。
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1986.09-1990.07，杭州大学，物理学，本科。
1992.09-1995.07，北京大学，非线性光学，硕士研究生。
1995.09-1999.03，北京大学，无线物理学，博士研究生。1990.08-1992.07，温州大学，物理系讲师。
1999.04-2004.12，北京大学，电子学系讲师。
2002.01-2004.12，美国宾州州立大学，物理系博士后。
2004.12-2009.07，北京大学信息科学技术学院，副教授。
2009.08-2021.11，北京大学信息科学技术学院，教授/副所长。
2021.11至今，北京大学电子学院，教授/副所长。1. 北京市科学技术发明奖二等奖（2023年，排名第1，本书依托的获奖项目）；
2. 中国仪器仪表学会技术发明二等奖（2023年，排名第1）；2016.09-至今，中国计量测试学会，常务理事。
2016.09-至今，全国时间频率计量技术委员会，委员。
2016.09-至今，中国计量测试学会时间频率委员会，委员。
2016.08-至今，西安电子科技大学，教授。
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 半导体激光器发展历史与趋势 1
1.1.1 外腔半导体激光器发展历史 2
1.1.2 半导体激光器发展趋势 15
1.2 稳频半导体激光器及其应用 17
1.2.1 稳频半导体激光器 17
1.2.2 稳频半导体激光器的应用 20
参考文献 20
第2章 法拉第激光器概述 27
2.1 法拉第激光器的基本原理 27
2.2 法拉第激光器的结构组成 29
2.3 法拉第激光器的性能特点 30
2.3.1 法拉第激光器的特殊性能 30
2.3.2 法拉第激光器的性能提升及发展 31
2.4 法拉第激光器的应用场景与需求 35
2.4.1 法拉第激光器的应用场景 35
2.4.2 法拉第激光器的应用需求 36
参考文献 37
第3章 法拉第激光器专用半导体激光二极管 40
3.1 半导体激光二极管 40
3.1.1 基本原理 41
3.1.2 主要分类 45
3.1.3 性能特点 49
3.2 法拉第激光器专用半导体激光二极管制造工艺技术 52
3.2.1 半导体材料 52
3.2.2 半导体激光器制造技术 53
3.2.3 制造工艺流程 55
3.2.4 镀超低反射率增透膜的激光二极管 58
参考文献 62
第4章 法拉第原子滤光器 63
4.1 原子滤光器的发展历史 63
4.2 基本原理及主要分类 64
4.2.1 多普勒原子滤光器 65
4.2.2 原子共振型滤光器 65
4.2.3 法拉第反常色散型原子滤光器 67
4.2.4 佛克脱反常色散型原子滤光器 68
4.2.5 感生二向色型原子滤光器 70
4.2.6 基于谱灯的原子滤光器 74
4.2.7 基于空心阴极灯的原子滤光器 79
4.2.8 基于钙原子束的原子滤光器 84
4.3 法拉第原子滤光器原理、工艺及性能 87
4.3.1 基本原理 87
4.3.2 核心制备工艺 88
4.3.3 碱金属原子气室 90
4.3.4 法拉第反常色散型原子滤光器 91
4.3.5 佛克脱型原子滤光器 100
4.3.6 MEMS型法拉第原子滤光器 102
4.4 法拉第原子滤光器的理论与仿真 107
4.4.1 介质中的电磁波 107
4.4.2 原子的电极化响应 108
4.4.3 碱金属原子的微观结构与塞曼效应 113
4.4.4 法拉第旋光效应理论与仿真软件 118
参考文献 128
第5章 法拉第激光器方案与技术 130
5.1 整机技术方案 130
5.1.1 原子选频激光器概述 132
5.1.2 磁致旋光效应法拉第激光器 134
5.1.3 感生二向色法拉第激光器 143
5.1.4 磁致旋光效应佛克脱激光器 145
5.2 光学谐振腔 148
5.2.1 谐振腔光路结构 148
5.2.2 线宽压窄技术 150
5.2.3 主要光学器件 156
5.3 电路系统 163
5.3.1 控温电路系统 163
5.3.2 控流电路系统 166
5.4 激光稳频电源 169
5.4.1 一体化稳频电路组成 169
5.4.2 一体化稳频电路关键部件 ——恒流源 173
5.4.3 一体化稳频电路关键部件 ——高精度温控模块 175
5.4.4 一体化稳频电路关键部件 ——功率稳定模块 182
5.4.5 激光稳频电路参数特性 185
5.5 主要性能特征及指标 186
5.5.1 法拉第激光器性能特征概述 186
5.5.2 功率电流 (P-I)曲线 186
5.5.3 抗温度变化能力 189
5.5.4 抗电流变化能力 191
5.5.5 抗机械振动能力 193
5.5.6 自由运行波长稳定性能(含λ-t曲线) 194
参考文献 195
第6章 法拉第激光器稳频技术 197
6.1 法拉第激光器的饱和吸收谱稳频 197
6.1.1 基本原理 197
6.1.2 法拉第激光器的饱和吸收谱 199
6.2 法拉第激光器的调制转移谱稳频 200
6.2.1 基本原理 200
6.2.2 铯原子 852 nm法拉第激光器的单频调制转移谱(MTS)稳频系统 201
6.2.3 铯原子 852 nm单频模式和双频模式可切换的法拉第激光稳频 208
6.2.4 铷原子 780 nm法拉第激光器的MTS稳频系统 211
6.2.5 波长可切换的钾原子法拉第激光器 216
6.3 法拉第激光器的PDH(Pound-Drever-Hall)稳频 221
6.3.1 基本原理 221
6.3.2 法拉第激光器的PDH稳频 232
6.3.3 基于法拉第激光器的回音壁微腔PDH稳频 243
6.3.4 法拉第激光器PDH与原子稳频结合 251
参考文献 255
第7章 法拉第激光器推广应用 258
7.1 法拉第激光器在原子钟领域的应用 258
7.1.1 法拉第激光器应用于原子钟的方案 258
7.1.2 法拉第激光器应用于激光抽运小铯钟 259
7.1.3 法拉第激光器应用于光频 -微波双频原子钟 262
7.1.4 法拉第激光器应用于冷原子主动光钟 264
7.2 法拉第激光器在原子干涉重力仪中的应用 267
7.2.1 原子重力仪原理及研究现状 268
7.2.2 基于法拉第原子滤光器的拉曼激光源 270
7.2.3 法拉第激光器在原子重力仪的应用展望 275
7.3 法拉第激光器在原子磁力仪中的应用 276
7.3.1 原子磁力仪原理 277
7.3.2 法拉第激光器在原子磁力仪的应用前景 278
7.4 法拉第激光器在光通信中的应用 281
7.4.1 激光器作为光通信的光源研究进展 281
7.4.2 法拉第激光器应用于光通信系统 282
7.5 法拉第激光器在激光波长标准中的应用 287
7.5.1 激光波长标准研究进展 288
7.5.2 法拉第激光器作为激光波长标准 289
7.5.3 法拉第激光器应用于混合原子多波长标准 292
7.5.4 法拉第激光器应用于冷原子波长标准 293
7.6 法拉第激光器在超窄带弱光相干放大的应用 295
7.6.1 法拉第原子滤光器应用于窄带弱光相干放大的方案 296
7.6.2 法拉第原子滤光器应用于弱光相干放大的作用效果 299
7.6.3 法拉第激光器的大功率相干放大 302
7.7 法拉第激光器在拉曼光谱探测的应用 304
7.7.1 法拉第原子滤光器应用于拉曼光谱探测方案 306
7.7.2 法拉第原子滤光器应用于拉曼光谱探测的作用效果 307
参考文献 310
第8章 未来发展趋势 318
8.1 法拉第激光器未来发展展望概述 318
8.2 微小型芯片化法拉第激光器 319
8.3 智能集成化法拉第激光器 320
8.4 大功率法拉第激光器 321
8.5 多频法拉第激光器 322
8.6 量子锁模法拉第激光频率梳 327
8.7 法拉第-迈克尔逊激光器 329
8.8 冷原子法拉第激光器 332
8.8.1 基于冷原子的超窄带宽法拉第原子滤光器 332
8.8.2 基于冷原子的感生二向色型原子滤光器 334
8.8.3 冷原子法拉第激光器 336
8.9 法拉第主动光钟 337
8.9.1 主动光钟基本原理 338
8.9.2 法拉第主动光钟方案 339
8.9.3 法拉第主动光钟未来展望 342
8.10 光纤与超长腔法拉第激光器 343
参考文献 345
后记 348
索引 351
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