1. 外腔用半導(dǎo)體激光器的概念

早期普通FP腔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光管 腔長(zhǎng)一般在800μm—1500μm, 后反射面的反射率接近全反射,出射端面的反射率一般在百分之幾十以內(nèi)。由于 諧振腔的精細(xì)度不夠高,而自由光譜范圍又很寬,造成普通FP腔半導(dǎo)體激光器的線寬比較寬,甚至?xí)霈F(xiàn)多模運(yùn)轉(zhuǎn),所以通常不能直接用在原子分子精密光譜，光頻標(biāo)，冷原子操控，原子干涉儀等研究領(lǐng)域。后續(xù)出現(xiàn)了DFB/DBR等激光器，因?yàn)閮?nèi)置光柵的原因，線寬得到了一定的壓窄，可以達(dá)到2MHz甚至更小，基本可以應(yīng)用到上述領(lǐng)域中。但隨著對(duì)研究精度的提高，MHz級(jí)別的線寬已經(jīng)不能滿足更高要求的實(shí)驗(yàn)需求了，于是通過在激光管外再增加一些光反饋元件,使得激光管的后反射面和光反饋元件之間形成一個(gè)外腔,這樣的激光器稱為外腔半導(dǎo)體激光器(ECDL)。由于外腔對(duì)激光器的模式選擇作用,可以大幅度壓窄半導(dǎo)體激光器的線寬到KHz級(jí)別,同時(shí)通過外腔光學(xué)元件的調(diào)諧作用,使得激光波長(zhǎng)可以精確調(diào)諧。由于外腔半導(dǎo)體激光器具有易于調(diào)諧、譜線寬度窄、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),成為精密光譜研究中一個(gè)重要的工具。當(dāng)然外腔用半導(dǎo)體激光器也有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和緊湊度不如DFB激光器的情況，但更窄的線寬以及更高的功率依然是它的所在。

兩種典型的外腔半導(dǎo)體激光管結(jié)構(gòu)（Littrow結(jié)構(gòu)和Littman結(jié)構(gòu)）

                             注：以上測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)自世界近紅外半導(dǎo)體激光管廠商Eagleyard Photonics

2. 外腔用半導(dǎo)體激光管的線寬壓窄原理

設(shè)入射光的波長(zhǎng)為λ0 ，為了使1級(jí)光形成外腔反射，必須滿足以下方程組：

從激光管出來(lái)的光譜范圍較大，波長(zhǎng)成分較多，但只有滿足個(gè)方程的波長(zhǎng)成分才會(huì)發(fā)生一級(jí)閃耀反射回去，同時(shí)腔長(zhǎng)必須滿足第二個(gè)方程，反射回去的光才能形成諧振放大。零級(jí)出射光里的波長(zhǎng)成分主要是一級(jí)反射光的波長(zhǎng)，其它波長(zhǎng)成分因?yàn)闆]有放大過程會(huì)大幅衰減，表現(xiàn)出來(lái)的光譜特性就是極窄的線寬。

3. 主要應(yīng)用

外腔用半導(dǎo)體激光器因?yàn)樗鼧O窄的線寬和較高的光功率，在冷原子，原子分子精密光譜研究領(lǐng)域具有廣泛的用途，目前主要應(yīng)用在原子冷卻，光頻標(biāo)，原子干涉儀，激光陀螺，高精度原子鐘和光鐘。

Eagleyard Photonics 致力于為客戶提供高性能的近紅外半導(dǎo)體激光器件。Eaglyard可以提供發(fā)射波長(zhǎng)在650nm和1120nm之間的高精度、高功率的GaAs材料半導(dǎo)體激光管，這些產(chǎn)品均通過了航天級(jí)別可靠性驗(yàn)證，被廣泛的應(yīng)用于科研，儀器儀表，航空航天等應(yīng)用。

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