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线宽只有13 kHz的小型激光器

线宽在千赫兹范围内的激光器在光谱和计量（例如长度和频率标定）领域具有十分重要的应用。德国马克斯普朗克研究所1、压力实验机的优点的研究人员发明出了一种4、保护：定期检查控制面板按键是不是正常线宽只有13kHz、结构简单紧凑的激光器，[1]该款激光器以小回音壁模式（WGM）谐振腔为基础，其材料是氟化钙（CaF2）晶体。当CaF2晶体形成一个碟片时，WGM具有很高的Q值（Q值是衡量谐振腔损耗的参数，高Q值意味着较小的损耗）。

该款激光器由一个光纤环和其他插入该光纤环的光学元件组成（如图）。半导体光放大器（SOA）提供激光增益，其输出宽带发射光谱的吸收峰在1560nm附近。SOA位于两个偏振控制器之间，光隔离器可确保激光单向产生。光纤耦合器将1％的循环功率通过光纤耦合输出。

上图为输出线宽为13kHz的激光器示意图；下图显示了用“三角帽”混频方法测量激光器的线宽。

谐振腔

该激光器的核心是WGM谐振腔和耦合棱镜。研究人员首先将直径为5mm的光学谐振腔定制抛光。激光通过两个棱镜耦合进入和离开该谐振腔。两个棱镜放置在靠近（但不接触）谐振腔的两端，控制少量光从一个棱镜耦合进入谐振腔，然后从谐振腔耦合出后进入另外一个棱镜。激光通过梯度折射率（GRIN）透镜耦合进入棱镜，同时激光从棱镜耦合出后通过梯度折射率透镜进入耦合器。控制棱镜的排列可从省内看以控制激光器单模运行，由于激光模式竞争效应，激光器自动选择输出波长在1560nm附近的模式。

谐振腔的无源线宽为15MHz（精密刀具无源线宽只是谐振腔的特征参数，而不是激光的实际线宽），Q值高达107。该谐振腔安装在一个热电冷却器上控制其温度。当SOA的泵浦电流为600mA时，激光器的输出功率为10μW。

三角帽方法

研究人员选择两种不同的方法测量激光线宽。首先，他们采用一种称为“三角帽”的测量方法。在该方法中，三个不同的光源相互拍频，产生三个线宽。除了氟化钙谐振腔激光器外，还有输出波长为1550nm、线宽为100kHz的二极管激光我国挤出机行业在外贸出口方面的有益条件很多器和定制的光栅稳定的激光器。这三个激光器的输出相互拍频。Allen-方差分析表明，氟化钙谐振腔激光器在10μs时稳定性达到最高值，同碎纸机时相位白噪声在更短时间内较高，随机频率离走在较长的时间尺度增加。研究结果表明在10μs时，激光线宽为2kHz。

第二种测量方法采用延迟线的自拍频外差探测确定长期线宽。激光通过声光调制器后分成两部分，其中一部分光频移100MHz后通过45km的光纤延时线。随后两部分光自拍频后测得线宽为灯光音响18kHz，其内在高斯线宽为13kHz。

研究人员计划采用具有更高Q值的谐振腔进一步将线宽减少到几百赫兹。采用掺铒光纤激光器代替SOA，可以使输旅行包出波长变为1530nm。

参考文献

1. B. Sprenger et al., Opt. Lett., 35, 17, 2870 (Sept. 1, 2010).(end)