單頻激光器

常見的動態單縱模激光器有：①短腔激光器，通過縮短腔長加大縱模間隔來實現單縱模工作的。常規結構和工藝的短腔極限在50μm左右，此時尚難避免多縱模出現。腔長為數微米量級的豎直腔面發射激光器則是短腔的重大突破，已可做到毫安級閾值電流並能動態單縱模工作。②複合腔激光器，通過外腔、腐蝕腔或解理耦合腔實現縱模選擇。③具有光柵反饋的激光器，它是通過腔內的週期性折射率變化來實現光反饋的。當光柵置於有源區內時，稱為分佈反饋（DFB）半導體激光器；當光柵置於有源區外時，稱為布拉格反射（DBR）半導體激光器。以下重點介紹最有實用價值的DFB半導體激光器，它是高速大容量光纖通信廣泛使用的光源，有着廣闊的市場前景。

分佈反饋激光器的光柵週期為

Λ=lλB/2n_r

式中λB是布拉格波長；n_r是有效折射率；l是正整數。DFB激光器的激射波長為

λ₀=λ_B±[(q+

)λ

/2n_rL]

式中L是DFB激光器長度；q=0，1，2，3…，也允許有許多縱模存在。不過最靠近布拉格波長的兩個縱模損耗最低。它們和次相鄰布拉格波長的模式損耗差至少在5cm-1以上，所以對於無端面反射調節選模的對稱光柵DFB激光器，可能出現雙模。一般可通過控制端面反射率或通過激光器中心光柵的λ/4相移來解決，已提出的增益耦合DFB激光器也可解決雙模問題。

分佈反攢激光器縱向結構與常規異質結激光器類似（見半導體激光器），只是引入了光柵以實現反饋功能。圖1給出掩埋條形的分佈反饋激光器結構。

光柵的設計，應考慮激射波長、波導層厚度、光柵深度以及光柵長度等因素，以提高光柵的耦合係數，改善光反饋功能。要求光柵均勻、表面完整，有預期的深度和組形。

器件特性：①縱模特性，分佈反饋激光器最具特色性能為單縱模特性。經過光柵選模，其光發射譜一般是雙模或單模，主邊模抑制比可達30～40dB。②温度特性，常規的異質結激光器發射波長的温度變化率為0.3nm/k，而DFB激光器則為0.lnm/k以下，而且在數十度範圍不跳模。③高速調製特性，在高速調製下仍保持單縱模特性，最高調製速率已達l0Gbit/s量級。④光譜線寬窄，一般分佈反饋激光器線寬為數十兆赫，已達到的最高水平低於100kHz。

電磁場理論表明，在具有一定邊界條件的腔內，電磁場只能存在於一系列分立的本徵狀態之中。將激光腔內可能存在的電磁場的本徵態稱為腔的模式，也就是激光模式。

從光子的觀點來看，腔的模式也就是腔內可以區分的光子狀態，同一模式內的光子具有完全相同的狀態，腔內電磁場的空間分佈可分解為沿傳播方向(腔軸線方向)的分佈和在垂直於傳播方向的橫截面內的分佈。其中，腔模沿腔軸線方向的穩定場分佈稱為諧振腔的縱模，而在垂直於腔軸的橫截面內的穩定場分佈稱為諧振腔的橫模。 ^[1] 

當光波在腔鏡上反射時，入射波和反射波會發生干涉，多次往復反射將發生多光束干涉。為了能在腔內形成穩定振盪，要求光波因干涉而得到加強。由多光束干涉理論可知，發生相長干涉的條件是：波從某一點出發，經腔內往返一週再回到原來位置時，應與初始出發波同相。激光沿腔的軸線方向形成駐波，不同的駐波有不同的波節數。由於諧振腔的腔長遠大於光波波長，一般波節數具有10~10數量級。所以，一般對縱膜不加以控制的激光器，具有成千上萬個不同的縱模。

1.短腔長法，縮短諧振腔長使縱模間隔大於增益曲線。

2.色散腔法，在諧振腔內加入稜鏡或光柵構成色散腔，使只有某一特定頻率的縱模能夠振盪。

3.標準具法，在諧振腔內插入一參數合適的標準具，使只有單一縱模能通過標準具振盪。

4.濾光片法，在腔內插入一雙折射濾光片，使通過濾光片的光頻率間隔大於增益線寬。

獲得單橫模的主要方法是採取適當措施抑制高階橫模，保證諧振腔內只有基橫模能夠振盪，以保證單橫模輸出。

半導體激光器、耦合鏡組、激光晶體、偏振片、複合腔鏡、端面腔鏡、激光晶體支架、偏振片支架、複合腔鏡架、輸出腔鏡座、端面腔鏡架、殼體，在諧振腔體內同時含有偏振片和複合腔鏡二種選縱模器件。 ^[2] 

單頻激光器憑藉它光束質量好、相干長度長、譜線寬度窄的特點在激光雷達、激光測距、激光遙感、全息影像、激光醫療、光譜學、光頻標準和非線性光學頻率變換等領域中具有廣泛的應用。其中小型紅光單縱模激光器在精密測量、全息、照片沖印等領域有着重要的應用前景。