窄線寬激光器的主要類型以及影響因素

　　重要的幾種窄線寬激光器如下：

　　半導(dǎo)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(yīng)用于1500或者1000nm區(qū)域。典型的工作參數(shù)為輸出功率為幾十毫瓦(有時(shí)大于100毫瓦)，線寬為幾個(gè)MHz。

　　半導(dǎo)體激光器得到的線寬可能更窄，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(xiàn)幾 kHz甚至小于1kHz的超窄線寬。

　　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的線寬，同時(shí)輸出功率相對(duì)較高，在1W量級(jí)。盡管典型波長(zhǎng)為1064nm，其它的波長(zhǎng)區(qū)域，例如1300或者1500nm也可能實(shí)現(xiàn)。

　　為了實(shí)現(xiàn)激光器具有很窄的輻射帶寬(線寬)，在激光器設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下因素：

　　首先，需要實(shí)現(xiàn)單頻工作。這很容易通過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)來實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)應(yīng)該是長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)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(wěn)定的諧振腔設(shè)置(單色)，或者特殊保護(hù)裝置來避免機(jī)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(qiáng)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(nèi)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(xiàn)，但是當(dāng)噪聲頻率低時(shí)則對(duì)線寬的影響重要。

　　第三，需要優(yōu)化激光器設(shè)計(jì)使激光器噪聲小，尤其是相位噪聲。采用高的腔內(nèi)功率和長(zhǎng)諧振腔，盡管在這種情況下穩(wěn)定的單頻工作更難實(shí)現(xiàn)。

　　對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化需要了解不同噪聲源的重要性，因?yàn)楦鶕?jù)占據(jù)主要地位的噪聲源的不同需要采用不同的測(cè)量方式。例如，根據(jù)Schawlow-Townes方程小化的線寬沒有必要小化實(shí)際的線寬，如果實(shí)際線寬是由機(jī)械噪聲決定的。