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作者：John Wallace

 具有長相干長度的激光器應用廣泛，其涉及的領域包括激光雷達、光通信、光學干涉、智能監(jiān)視以及中紅外波段的生物分子傳感。要想獲得長相干長度所需要的窄光譜線寬，激光器通常復雜且昂貴，盡管采用半導體激光器設計能夠在一定程度上降低激光器的復雜程度并縮小體積。目前，美國OEwaves公司開發(fā)出了一種結構緊湊的耐用型半導體激光器。該半導體激光器采用回音壁模式（WGM）微腔，將輸出線寬穩(wěn)定在了亞千赫茲量級。

該原型激光二極管輸出功率為3mW，其采用標準的蝶形封裝和光纖（單模或保偏單模光纖）輸出，并且通過共振光學反饋耦合到高Q值回音壁模式微腔中。盡管標準波長包括用于電信領域的C波段和L波段（均位于1550nm波段），但是該產(chǎn)品的設計本身更為靈活，可以在390~2900nm的波長范圍內(nèi)獲得窄線寬激光輸出。如果采用中紅外半導體光源，還可以覆蓋更長的波長。

表面Rayleigh背散射

該WGM微腔由氟化鈣（CaF₂）材料制成，也可以采用氟化鋁（如圖）^[1]。分布反饋激光二極管通過棱鏡耦合到直徑為2mm的微腔中。微腔無負載Q值為2×10⁹，用棱鏡耦合時Q值降到1×10⁹。激光器與微腔間的耦合通過微腔中的表面Rayleigh背散射實現(xiàn)，從而獲得注入鎖定。

圖：晶體WGM微腔由CaF₂制成，其無負載Q值為2×10⁹。極高的Q值導致明顯的表面Rayleigh背散射，使得微腔能夠耦合到分布反饋半導體激光器中，進而將激光線寬降至200Hz以下。

 激光二極管和微腔均安裝在熱電散熱器上，以確保波長穩(wěn)定性，同時可以獲得2nm的熱調(diào)諧波長范圍。耦合將激光二激管的自然線寬減小了10000倍，從而將瞬時線寬降至200Hz以下，長期線寬漂移每天小于10MHz。采用直流耦合，激光器的調(diào)制速度在0~20MHz之間；采用交流耦合，調(diào)制速度可以達到200MHz~1GHz。OEwaves 公司總裁兼首席執(zhí)行官Lute Maleki表示，CaF₂晶體環(huán)境穩(wěn)定性好，并且具有良好的熱屬性和機械屬性，使得它對震動不敏感，并且很容易實現(xiàn)熱穩(wěn)定。此外，該激光器的單片設計也使得整個裝置對震動不敏感。

在過去的兩年中，OEwaves公司制造的這些激光器已經(jīng)用于公司自產(chǎn)的微波光子學產(chǎn)品中，例如濾波器、振蕩器以及接收器。為了讓該激光器獲得更廣泛的應用，OEwaves公司在2011年Photonics West會議上展示了該激光器的原型，并計劃在今年6月份推出第一款產(chǎn)品。

Maleki稱：“該激光器的重要特征之一在于其填補了該光譜區(qū)不存在高相干度、窄線寬激光器這一空白，其中包括1064nm波長范圍——盡管激光器線寬可以達到幾千赫茲，但它們不能滿足傳感需求。此外，在2~6μm的其他光譜波段不存在窄線寬激光器。OEwaves研制的這款窄線寬激光器，能夠用于多種生化分子傳感領域。”

Maleki表示，OEwaves公司的下一個的目標是將現(xiàn)有的激光器構架與高功率半導體激光器以及外放大器相結合，以提供窄線寬、并且功率水平與光纖激光器相當?shù)漠a(chǎn)品。OEwaves公司還計劃開發(fā)可見光以及紫外波段的激光器，以為光譜學、原子物理以及該波段的其他新興應用提供新的光源選擇。 

參考文獻
1. W. Liang et al., Opt. Lett., 35, 16 (Aug. 15, 2010).