TOPTICA連續可調諧半導體激光器是怎樣實現可調諧的？

激光二極管

不同型號的TOPTICA激光器覆蓋的波長和功率情況

將激光二極管轉變為可調諧二極管激光器

自1995年以來，TOPTICA 將激光二極管轉換成可調諧二極管激光器，意味著gao端激光工具——通過集成額外的模式選擇元件，以及添加yi流的驅動器和光學期間。第一個商用可調諧二極管激光器是 TOPTICAs DL 100。多年來，它取得了極大的成功，最終被大大改進的DL pro和CTL所取代。

激光二極管是各種消費產品中成熟的子組件，如激光指示器、條形碼掃描儀或 CD/DVD/藍光驅動器。他們的成功源于它們緊湊、操作方便、高轉換效率和高性價比。然而，裸激光二極管的發射光譜很寬，激光波長沒有明確定義。

通常，半導體激光管的兩個端面形成諧振腔并確定（縱向）激光模式。半導體的寬增益曲線同時支持多種模式，每種模式具有不同的頻率。即使是具有單一縱模的二極管，在芯片溫度或驅動器電流的微小變化下也會表現出跳模，輸出光譜不穩定的光束。

模式選擇

通過將頻率選擇性反饋引入激光腔，可實現好的半導體激光器特性，例如窄發射線寬、大相干長度、精確的波長選擇以及發射頻率的調諧或穩定。TOPTICA提供兩種可調諧單頻半導體激光器。兩者都利用光柵結構來選擇和控制發射頻率。一種是光柵穩定的外腔半導體激光器（ECDL）。

它包含一個安裝在激光二極管前面的光學光柵作為諧振腔的第一面，而第二個諧振腔面為二極管的背面，激光管和反饋元件構成“外部諧振腔”。

外腔半導體激光器原理圖

另一種方法是半導體本身內置光柵的激光二極管：分布式反饋 （DFB） 和分布式布拉格反射器 （DBR） 半導體激光管。

光柵濾波器、半導體增益曲線、內部半導體激光管模式以及（如果適用）外腔模式決定了激光模式。精確的溫度和電流控制以及組件的正確匹配是穩定單模操作的必要條件。

外腔二極管激光器中的模式選擇

DFB 半導體激光管原理圖                          DBR 激光二極管原理圖

波長調諧

DFB 和 DBR 二極管可以通過調節半導體激光管電流和/或溫度來進行波長調諧。它們可以調諧大約 1-2 nm，并且無任何跳模。

為了改變ECDL的波長，需要改變選模器件的光譜響應，例如通過改變光柵上的入射角。在總增益最大的模式下運行，這會導致激光跳到另一個縱向模式并以新的波長發射。

激光波長的微調是通過改變外腔的長度來實現的，這將改變激光器單模運行所支持的當前縱模。

無跳模調諧

TOPTICA DL Pro激光器                         TOPTICA DL Pro激光器

較大的無跳模調諧范圍決定于多種因素的配合調諧。例如，TOPTICA的DL pro激光器通過同時改變光柵角度、外腔長度和半導體激光管電流以實現寬跳頻自由調諧，實現最佳同步。DL pro 的無跳模調諧通常為 20-50 GHz，具有堅固和準單體結構，從而獲得穩定的工作狀態。

TOPTICA的連續可調諧半導體激光器（CTL）經過精心設計的特殊諧振器可實現幾十納米的寬無跳模調諧，并添加主動反饋以保持調諧元件同步，單模調諧范圍高達120nm，并保持ji高分辨率、低噪聲和窄線寬。