0.02 nm带宽近衍射极限输出的双外腔反馈半导体激光器

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1、第17卷第11期强激光与粒子束Vol.17，No.112005年11月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSNov.，2005文章编号：1001-4322（2005）11-1605-050.02nm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

2、输出单瓣近衍射极限的激光束。同2时在腔内插入标准具，使得输出激光线宽达到0.02nm，输出功率在150mW。输出光束的光束质量因子M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1nm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

3、进激光二极管（LD）阵列的设计、非稳［1，2］［3～5］［6～8］腔、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。［6～10］近20年来，自注入外腔被广泛关注。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［11～13］栅作为外反馈器件而获得窄线宽的外腔激光器。参考文献［11］得到线宽小于0.1nm，795～845nm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

4、，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。［12～15］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。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-Pero（tF-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］2ISO11146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

5、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φm角；另一路被棱镜全反射到闪耀光栅。实验中BAL激光器是GaAsP/AlGaAs结构增益导引宽接触条型半导体激光器，输出截面为100µm×1µm，镀有高透膜，输出波长为808nm。如图2所示，在自由模式下（无闪耀光栅和高反镜反馈），BAL出射光为在pn结垂直方向上30º发散（以FWHM即半高度的全宽度点处测量的发散角计）；在水平方向上7

6、º发散的近高斯光束，远场光强分布无双瓣结构，这可以理解为不同角度的多个高阶双瓣的重叠形成。高反镜和闪耀光栅的反馈分别对双瓣选模。直接透过的一瓣光被反射并注入BAL放大。根据BAL增益导引理论可得m阶波［17］导模发散角*收稿日期：2004-11-23；修订日期：2005-06-08基金项目：国家自然科学基金资助课题（60278038）；德国BMBF资助课题作者简介：吴晓冬（1978—），男，博士，主要从事光纤光栅、激光器方向的研究；E-mail：cfuwxd@hotmail.com。联系作者：陈军（1946—），女，教授，博士生导师，主要从事激光及其应用方面的研究；E-mail：chen

7、jun1@zju.edu.cn。1606强激光与粒子束第17卷Fig.1Experimentalsetup图1实验装置图mπ(1)φm=±2x0k0式中:2x,k/λ,λ;m为阶次;为m阶BAL出射光与光轴的夹角。实验中调节全0=100µm0=2π00=808nmφm反镜角度,使光束经过L3后垂直入射到高反镜上,反射后沿原光路返回BAL时反馈注入的效果最佳,输出单模激光最强。测得此时相应的(见图2),在这里,高反镜、透镜L3、棱镜共