半導體激光器的波長穩(wěn)定技術

 

　　高功率半導體激光器系統(tǒng)作為發(fā)展成熟的激光光源，在材料加工和固體激光器泵浦領域具有廣泛應用。盡管高功率半導體具備轉換效率高、功率高、可靠性強、壽命長、體積小以及成本低等諸多優(yōu)點，但是光譜亮度相對較差則是一個不容忽視的缺點。半導體激光器bar條典型的光譜帶寬大約是3～6nm，而且峰值波長會受工作電流和工作溫度的影響而發(fā)生漂移。

 

　　通常，摻釹固體晶體是對其相對較寬的808nm吸收帶進行泵浦，標準的半導體激光器系統(tǒng)能很容易地滿足808nm泵浦的光譜要。但是在過去幾年里，隨著半導體激光器bar條的工作電流和功率的不斷提高，導致在從閾值電流上升到工作電流的過程中產(chǎn)生了更大的波長漂移。為了確保在整個工作范圍內實現(xiàn)穩(wěn)定、有效的泵浦，需要控制泵浦半導體激光器的光譜，使其光譜帶寬始終與激活激光介質的吸收帶寬相匹配。

 

　　另一方面，光纖激光器的迅速發(fā)展，也增加了對其他波長的泵浦源的需求。例如，泵浦波長為1080nm左右的標準摻鐿光纖激光器，就需要915nm、940nm和980nm的光纖耦合半導體激光器系統(tǒng)，特別是980nm泵浦區(qū)尤為重要，因為摻鐿材料在該泵浦區(qū)具有較高的吸收系數(shù)和較窄的吸收帶寬。

 

　　另一個新的泵浦波長是在888nm泵浦Nd：YVO4，與808nm泵浦相比，888nm泵浦的優(yōu)勢在于該波長處于各向同性吸收區(qū)，即在所有偏振方向上具有相同的吸收系數(shù)，并且量子虧損小。[1]

 

　　對于光譜線寬要求最高的應用之一是堿金屬蒸汽激光器(如銣或銫)的光泵浦，這類應用需要的線寬大約為10GHz。對于這些應用，要實現(xiàn)有效泵浦，控制半導體激光器泵浦源的光譜。[2]

 

　　由多個半導體激光器bar條構成的高功率半導體激光器系統(tǒng)的另一缺點在于相對較差的光束質量和亮度B，公式(1)是B的定義。半導體激光器光束的亮度由激光功率P以及慢軸和快軸方向上的光束參數(shù)乘積(BPP)a所確定。[3]