重要的幾種窄線(xiàn)寬激光器如下:
半導體激光器,分布反饋激光二極管(DFB激光器)和分布布拉格反射激光器(DBR激光器),重用的都是應用于1500或者1000nm區域。典型的工作參數為輸出功率為幾十毫瓦(有時(shí)大于100毫瓦),線(xiàn)寬為幾個(gè)MHz。
半導體激光器得到的線(xiàn)寬可能更窄,例如采用包含窄帶光纖布拉格光柵的單模光纖拓展諧振腔,或者采用外腔二極管激光器。采用這種方法,可以實(shí)現幾 kHz甚至小于1kHz的超窄線(xiàn)寬。
小的分布反饋光纖激光器(諧振腔由特殊光纖布拉格光柵組成)可以產(chǎn)生幾十毫瓦的輸出功率,線(xiàn)寬為幾kHz范圍。
具有非平面環(huán)形諧振腔的二極管泵浦固態(tài)體激光器也可以得到幾kHz的線(xiàn)寬,同時(shí)輸出功率相對較高,在1W量級。盡管典型波長(cháng)為1064nm,其它的波長(cháng)區域,例如1300或者1500nm也可能實(shí)現。
為了實(shí)現激光器具有很窄的輻射帶寬(線(xiàn)寬),在激光器設計時(shí)需要考慮以下因素:
首先,需要實(shí)現單頻工作。這很容易通過(guò)采用小增益帶寬的增益介質(zhì)和短的激光器諧振腔(得到大的自由光譜范圍)來(lái)實(shí)現。目標應該是長(cháng)時(shí)間穩定的單頻工作,不存在跳模。
其次,需要小化外界噪聲的影響。這需要穩定的諧振腔設置(單色),或者特殊保護裝置來(lái)避免機械振動(dòng)。電泵浦激光器需要采用低噪聲的電流或者電壓源,光學(xué)泵浦的激光器的泵浦光源則需要具有低的強度噪聲。另外,需要避免所有的反饋光波,例如采用法拉第隔離器。理論上外界噪聲影響小于內部噪聲,例如增益介質(zhì)中的自發(fā)輻射。這在噪聲頻率高時(shí)很容易實(shí)現,但是當噪聲頻率低時(shí)則對線(xiàn)寬的影響重要。
第三,需要優(yōu)化激光器設計使激光器噪聲小,尤其是相位噪聲。采用高的腔內功率和長(cháng)諧振腔,盡管在這種情況下穩定的單頻工作更難實(shí)現。
對系統優(yōu)化需要了解不同噪聲源的重要性,因為根據占據主要地位的噪聲源的不同需要采用不同的測量方式。例如,根據Schawlow-Townes方程小化的線(xiàn)寬沒(méi)有必要小化實(shí)際的線(xiàn)寬,如果實(shí)際線(xiàn)寬是由機械噪聲決定的。