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外腔半导体激光器
资料介绍
基本定义与核心原理
外腔半导体激光器（External Cavity Diode Laser, 简称ECDL）是一种通过在普通半导体激光器芯片外部增加光学反馈谐振腔，改善输出激光性能的半导体激光光源。普通半导体激光器的谐振腔由芯片两端的解理面构成，输出激光的线宽较宽、波长调谐范围有限、稳定性较差；而ECDL通过引入外部谐振腔，利用衍射光栅、布拉格光栅等光学元件提供波长选择性反馈，压缩激光线宽，实现宽范围连续波长调谐，同时提升输出功率稳定性和光束质量。
核心结构组成
ECDL的基本结构主要分为四个部分：
1. 增益芯片：提供激光增益介质，和普通半导体激光器芯片相同，一般为InP、GaAs等化合物半导体材料，根据输出波长选择对应的材料体系，可覆盖从近紫外到近红外的常用波段。
2. 外腔反馈元件：是ECDL实现波长选择和线宽压缩的核心，常用类型包括：
o 衍射光栅：最常用的结构，分为利特罗（Littrow）结构和利特曼（Littman）结构两种；
o 体布拉格光栅（VBG）：体积紧凑，波长稳定性好，多用于封装好的商用ECDL；
o 平面反射镜搭配光纤布拉格光栅（FBG）：可实现全光纤结构的ECDL，适合光纤通信应用。
3. 调谐机构：用于改变外腔的谐振波长，实现波长调谐，一般由高精度转动平台、压电陶瓷（PZT）等构成，通过转动反馈元件改变反馈波长，或改变外腔腔长实现 fine 调谐。
4. 输出耦合元件：输出符合要求的激光，一般为准直透镜，将芯片输出的发散激光准直为平行光束输出。
常见光学结构
利特罗（Littrow）结构
利特罗结构是最常用的ECDL结构，增益芯片出射的发散光经准直透镜变为平行光入射到衍射光栅，光栅的一级衍射光沿原光路返回芯片端面形成外腔反馈，零级衍射光作为输出。通过转动光栅改变入射角，即可改变反馈波长，实现大范围波长调谐。该结构的优点是结构简单、转换效率高、调谐范围宽，缺点是波长调谐时输出激光方向会随光栅转动发生偏移，需要额外光路校正。
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