定义
带有激光谐振器的半导体激光管在两端表现出实质性反射,但内部没有分布反射。
法布里-佩罗半导体激光管(FP 半导体激光管)是最常见的激光二极管类型,具有激光谐振器,即法布里-佩罗干涉仪。 这意味着两端都发生大量的光反射,但不是在增益介质内。 与此相反,分布式布拉格反射器激光器的谐振器在整个增益介质中表现出分布反射,通常由光栅结构产生。
在最简单的情况下,法布里-佩罗激光器中的端反射是半导体器件结构和空气之间界面处的菲涅耳反射。 请注意,这些位置的折射率对比度相当高,无需任何额外措施即可获得实质性的反射率。 如果在两端都使用该原理,阈值泵浦功率可能已经足够低,并且每侧获得大约一半的光输出功率。
为了在一侧获得总输出功率(通常是优选的),或者为了通过较低的阈值泵浦功率优化输出功率,通常会增加与输出侧相反的一侧的反射率,例如使用半导体布拉格反射镜结构。 在分布式布拉格反射激光器(DBR激光器)的特定情况下,使用布拉格反射镜或仅在一侧使用布拉格反射镜可获得更高的反射率。
模结构、光束质量和光谱
法布里-佩罗半导体激光管可能仅在基本空间谐振器模式下发射,这导致相对较高的光束质量,或者在高阶空间模式下发射,导致光束质量较差。 后一种情况最常见的例子是广域半导体激光管。 通常,当允许空间多模发射时,可以实现更高的输出功率(多瓦),通常在尺寸增加的有效区域中。
尽管自由光谱范围很大,但在许多情况下会发生多种纵向模式的激光。
即使激光仅限于基本空间模式,也可能发生在多个纵向模式上。 尽管激光谐振器的长度相对较短,但与增益带宽相比,谐振器的自由光谱范围可能足够小,以允许这种现象。 因此,激光输出光谱表现出多个光学频率。 (这些通常具有 100 GHz 左右的间距。 也可能发生一次在单个模式下发生发射的情况,但温度变化会导致偶尔的模式跳跃到相邻的谐振器模式,或者在两种模式下偶尔发生振荡。
为了实现窄线宽激光器,需要实现单模操作,例如通过限制驱动电流或谐振器长度。 (在其他几种模式下,输出仍可能包含一些微弱的亚阈值荧光。 另一种常用的技术不是使用法布里-佩罗设计,而是使用分布式布拉格反射器(DFB)设计。
由于谐振器长度短,谐振器的往返损耗大,腔内功率适中,即使在稳定的单模操作的情况下,激光线宽通常也很大(几兆赫兹)。 通过耦合或集成到外部光学谐振器中,可以大幅减小线宽。 这就引出了外腔二极管激光器的概念。
FP 激光二极管的发射波长
法布里-佩罗半导体激光管具有从可见光区域到中红外和远红外的非常宽的发射波长范围。 对于最长的输出波长,它们可以实现为量子级联激光器。
法布里-佩罗放大器
还有半导体光放大器,它们被实现为法布里-佩罗放大器。 在这里,利用相对较弱的反射,使设备保持在激光阈值以下。 尽管如此,这些反射仍会显著增加放大器增益。