准直透镜失调对Littman-Metcalf光栅激光器线宽调控的深度研究

本文主要探讨了准直透镜失调对Littman-Metcalf型光栅外腔半导体激光器（ECDL）输出线宽的影响。Littman-Metcalf结构的光栅外腔激光器因其单纵模运转、窄线宽和波长可调性等特点，在多个领域如相干光通信、精密测量、光纤通信和光传感等显示出重要作用，是当前激光技术研究的热点。 激光器的核心问题是线宽控制，特别是在强反馈条件下。柴燕杰等人的研究给出了外腔半导体激光器在强反馈下的线宽压窄率公式，而龙睿等人则指出外腔反馈通过提高端面反射率，减少了自发辐射，有助于线宽减小。刘大鹏等人进一步研究了增益芯片结构、尺寸和光栅反射率对线宽的直接影响，表明通过优化这些参数可以实现线宽达到千赫兹级别。 文章关注的重点转向了光场的反馈效率，即耦合效率，这是决定激光器性能的关键因素。然而，对于Littman-Metcalf型激光器，关于耦合效率如何影响线宽特性变化的深入分析尚未见文献报道。本文将通过严格的耦合理论和光线变换矩阵，推导出计算系统原始光场与反馈光场耦合效率的公式，这在理解激光器性能方面具有重要意义。 具体来说，文章首先介绍了Littman-Metcalf型光栅外腔半导体激光器的基本结构，包括使用反射镜作为反馈元件，以及二极管激光器作为光源。激光器的工作原理涉及激光的发射、传播、反射和再吸收过程，其中光栅的作用是形成稳定的光束模式，而透镜则负责调整光路，确保激光的正确聚焦。 接着，作者将焦点转向透镜的失调，这是一种可以改变系统耦合效率的方式。通过实验或数值模拟，他们将探讨透镜位置的微小变化如何影响激光束的耦合效果，从而影响最终的线宽。这种分析不仅揭示了激光器设计中的一个重要变量，还可能为优化激光器性能提供新的设计思路。 本文的研究填补了Littman-Metcalf型光栅外腔激光器线宽特性与透镜失调之间关系研究的空白，对于提高激光器的稳定性和精度具有理论指导意义，对于激光技术的实际应用具有重要的工程价值。