0.02 nm带宽近衍射极限输出的双外腔反馈半导体激光器.pdfVIP

第17 卷 第11 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 17 ，No. 11 2005 年11 月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Nov. ，2005 文章编号： 1001-4322（2005 ）11-1605-05 0. 02 nm 带宽近衍射极限输出的 双外腔反馈半导体激光器* 吴晓冬， 陈 军， 葛剑虹 （浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州310027 ） 摘 要： 实验研究了宽接触条形双外腔反馈半导体激光器，在该激光器的输出表面镀增透膜，反馈是由 高反射率平面镜和闪耀光栅组成，通过调整平面镜和光栅的倾斜角度，使得特定的空间模式和纵模注入半导体 激光器，使之产生振荡，并抑制了激光腔内振荡的其他横模和纵模数，从而输出单瓣近衍射极限的激光束。同 时在腔内插入标准具，使得输出激光线宽达到0 . 02 nm ，输出功率在150 mW 。输出光束的光束质量因子M2 为 1. 16 。 关键词： 外腔注入； 单瓣近衍射极限； 宽接触条形半导体激光器 中图分类号： TN248. 4 文献标识码： A 宽接触条形半导体激光器（BAL ）近年来被广泛应用，但由于光束质量和脉宽等因素其应用受到一定限制。 BAL 的多横模结构引起的pn 结平面上的非高斯发散光束形状无法获得良好的光束聚焦或光纤耦合，而在诸 如激光材料处理、医学应用、二次谐波等应用中，对此有较高要求。除此之外，BAL 约1 nm 的输出光谱线宽在 诸如光谱测量、干涉仪等高干涉要求的应用也存在不足。目前通常有改进激光二极管（LD ）阵列的设计、非稳 腔［1，2 ］ ［3 ～ 5 ］ ［6 ～ 8 ］ 、注入锁定激光阵列 、外腔激光器 等方法改善激光光束的空间和频谱质量。另外，采用主激光器 激光注入到从激光器可产生发散光衍射极限或者单频输出，但主从激光器都需要精确的温度控制且两者间需 实现反馈隔绝。在实际应用中往往要求同时具有低的发散角和窄的频谱宽度。 近20 年来，自注入外腔被广泛关注［6 ～ 10 ］。有多种构型的外腔激光器获得单瓣衍射极限输出，也有采用光 栅作为外反馈器件而获得窄线宽的外腔激光器［11 ～ 13 ］。参考文献［11 ］得到线宽小于0 . 1 nm ，795 ～ 845 nm 范 围内可调激光输出。在多数实验装置中，LD 发射的激光被分成2 个部分，一部分被有选择的反馈回LD ，另一 部分作为输出光。此类装置仅对远场双瓣输出结构的激光器能有效改善光束质量。 采用相位变形镜作为外反馈，也可获得窄线宽和衍射极限的输出［12 ～ 15 ］。但由于Ru ：BaTiO3 晶体响应速度 较慢，反馈引起的输出时间滞后，在许多应用中受到限制。 本文中报道了一种使用高反镜和闪耀光栅双路反馈的外腔激光器。LD 为非双瓣激光器，输出前端面有高 透膜。在双反馈外腔中插入Fabry-Perot（F-P ）标准具，输出线宽明显变窄，同时光束质量接近衍射极限。根据 ［16 ］ 2 ISO11146 标准，测得M = 1. 16 ，即输出光束具有相对于衍射极限1. 16 倍发散角。 1 实验装置及输出光束的空间选模特性 实验装置如图1（a ）所示，高反镜和闪耀光栅在系统中作为反馈器件，BAL 前端面高透膜R = 0 . 1% 。pn 结 出射光经柱面透镜L1 和L2 准直后分为两路。一路未被棱镜阻挡而直接被透镜L3 会聚到高反镜。L3 与L2 共焦点，高反镜中心位于L3 焦点，其法线与轴线成 角；另一路被棱镜全反射到闪耀光栅。 φm 实验中BAL 激光器是GaAs