1. 外腔用半导体激光器的概念

早期普通FP腔结构的半导体激光管 腔长一般在800μm—1500μm, 后反射面的反射率接近全反射,出射端面的反射率一般在百分之几十以内。由于 谐振腔的精细度不够高,而自由光谱范围又很宽,造成普通FP腔半导体激光器的线宽比较宽,甚至会出现多模运转,所以通常不能直接用在原子分子精密光谱，光频标，冷原子操控，原子干涉仪等研究领域。后续出现了DFB/DBR等激光器，因为内置光栅的原因，线宽得到了一定的压窄，可以达到2MHz甚至更小，基本可以应用到上述领域中。但随着对研究精度的提高，MHz级别的线宽已经不能满足更高要求的实验需求了，于是通过在激光管外再增加一些光反馈元件,使得激光管的后反射面和光反馈元件之间形成一个外腔,这样的激光器称为外腔半导体激光器(ECDL)。由于外腔对激光器的模式选择作用,可以大幅度压窄半导体激光器的线宽到KHz级别,同时通过外腔光学元件的调谐作用,使得激光波长可以精确调谐。由于外腔半导体激光器具有易于调谐、谱线宽度窄、维护简单等特点,成为精密光谱研究中一个重要的工具。当然外腔用半导体激光器也有结构稳定性和紧凑度不如DFB激光器的情况，但更窄的线宽以及更高的功率依然是它的所在。

两种典型的外腔半导体激光管结构（Littrow结构和Littman结构）

                             注：以上测试数据结果来自世界近红外半导体激光管厂商Eagleyard Photonics

2. 外腔用半导体激光管的线宽压窄原理

设入射光的波长为λ0 ，为了使1级光形成外腔反射，必须满足以下方程组：

从激光管出来的光谱范围较大，波长成分较多，但只有满足个方程的波长成分才会发生一级闪耀反射回去，同时腔长必须满足第二个方程，反射回去的光才能形成谐振放大。零级出射光里的波长成分主要是一级反射光的波长，其它波长成分因为没有放大过程会大幅衰减，表现出来的光谱特性就是极窄的线宽。

3. 主要应用

外腔用半导体激光器因为它极窄的线宽和较高的光功率，在冷原子，原子分子精密光谱研究领域具有广泛的用途，目前主要应用在原子冷却，光频标，原子干涉仪，激光陀螺，高精度原子钟和光钟。

Eagleyard Photonics 致力于为客户提供高性能的近红外半导体激光器件。Eaglyard可以提供发射波长在650nm和1120nm之间的高精度、高功率的GaAs材料半导体激光管，这些产品均通过了航天级别可靠性验证，被广泛的应用于科研，仪器仪表，航空航天等应用。

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