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窄线宽激光器的主要类型以及影响因素

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  最重要的几种窄线宽激光器如下:
  半导体激光器,分布反馈激光二极管(DFB激光器)和分布布拉格反射激光器(DBR激光器),最重用的都是应用于1500或者1000nm区域。典型的工作参数为输出功率为几十毫瓦(有时大于100毫瓦),线宽为几个MHz。
  半导体激光器得到的线宽可能更窄,例如采用包含窄带光纤布拉格光栅的单模光纤拓展谐振腔,或者采用外腔二极管激光器。采用这种方法,可以实现几 kHz甚至小于1kHz的超窄线宽。
  小的分布反馈光纤激光器(谐振腔由特殊光纤布拉格光栅组成)可以产生几十毫瓦的输出功率,线宽为几kHz范围。
  具有非平面环形谐振腔的二极管泵浦固态体激光器也可以得到几kHz的线宽,同时输出功率相对较高,在1W量级。尽管典型波长为1064nm,其它的波长区域,例如1300或者1500nm也可能实现。
  为了实现激光器具有很窄的辐射带宽(线宽),在激光器设计时需要考虑以下因素:
  首先,需要实现单频工作。这很容易通过采用小增益带宽的增益介质和短的激光器谐振腔(得到大的自由光谱范围)来实现。目标应该是长时间稳定的单频工作,不存在跳模。
  其次,需要最小化外界噪声的影响。这需要稳定的谐振腔设置(单色),或者特殊保护装置来避免机械振动。电泵浦激光器需要采用低噪声的电流或者电压源,光学泵浦的激光器的泵浦光源则需要具有低的强度噪声。另外,需要避免所有的反馈光波,例如采用法拉第隔离器。理论上外界噪声影响小于内部噪声,例如增益介质中的自发辐射。这在噪声频率高时很容易实现,但是当噪声频率低时则对线宽的影响最重要。
  第三,需要优化激光器设计使激光器噪声最小,尤其是相位噪声。采用高的腔内功率和长谐振腔,尽管在这种情况下稳定的单频工作更难实现。
  对系统优化需要了解不同噪声源的重要性,因为根据占据主要地位的噪声源的不同需要采用不同的测量方式。例如,根据Schawlow-Townes方程最小化的线宽没有必要最小化实际的线宽,如果实际线宽是由机械噪声决定的。
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