定义
允许周期和快速波长调谐的激光器。
对于某些应用，需要定期将激光源的光学波长调整到一定范围。在某些情况下，需要通过相对较大的范围进行调谐，例如100 nm或更大，并且非常快，扫描频率为数十或数百千赫兹，有时甚至超过1 MHz;传统的可调谐激光器无法如此快速地进行调整。波长扫描激光器的操作意味着激光输出瞬时频率的快速周期性变化。通常，有一种三角形频率调制：近似线性的上扫和下扫频，每个扫描都占据扫描周期的一半。然而，在某些情况下，频率与时间的瞬时波长与这种三角形形状有很大的偏差。
经营理念
为此目的已经开发了各种波长扫描激光器，下面描述了最重要的工作原理。
电流调谐
许多激光二极管可以通过调制其驱动电流来在某种程度上进行波长调谐，主要是因为这会影响结温。由于所涉及的有功体积相对较小，结温可以对驱动电流的变化做出快速反应。因此，相对快速的波长调谐是可能的。
如果没有额外的措施，通常无法实现精确的线性频率啁啾声。可以应用输入电流的时间形式的预失真来改善这一点。此外，可以通过应用光电反馈[13]来提高频率扫描的精度。
激光谐振器中的波长扫描滤光片
在许多情况下，波长扫描激光器的基本工作原理如下。一种是激光器，其增益介质具有相对较大的增益带宽，并且其激光谐振器中有一个快速带通滤波器。如果调谐滤光片的透射波长，则激光波长会相应地跟随，除非达到一定的速度限制。对于高速调谐，谐振器的光子寿命短是有利的，即理想情况下，短谐振器与高往返功率损耗相结合。当接近调谐速度的极限时，激光器不会达到稳态性能参数，例如关于其瞬时带宽的参数，但这对应用来说可能不是问题。另一方面，很容易获得慢速频率扫描。
解释的工作原理通常适用于光纤激光器和二极管激光器，后者通常以外腔二极管激光器（ECDL）的形式出现。然后，增益介质可以被视为半导体光放大器（SOA）。迄今为止，半导体激光器可实现最高的扫描频率，具有较短的谐振器和较短的光子寿命。另一方面，光纤激光器可以产生更高的输出功率，并且可以访问一些额外的波长区域。
常用的波长调谐元件如下：
- 法布里-佩罗干涉仪可以配备压电换能器，通常达到数十千赫兹的扫描频率，有时甚至数百千赫兹（具有机械谐振激励）。
- 对于较低的扫描速度，还可以在激光谐振器中使用衍射光栅，该谐振器与压电致动器一起倾斜。
- 一些器件基于MEMS技术（微机电系统）[14];低质量系统本质上是更快的。
傅里叶域模式锁定
傅里叶域模式锁定（FDML）[5]类似于主动模式锁定，其中不仅调节腔内损耗，而且调节腔内滤波器的传输波长。除了上一节中描述的类似工作原理外，这里还可以精确地将传输波长的调制与谐振器往返同步。因此，激光器在稳定状态下工作，谐振器模式下的光功率保持恒定。周期性变化的只是输出波长，但在这种激光器中同时发生所有波长的激光。与前面解释的扫描激光源的工作原理相比，这种工作模式受到的激光噪声要小得多，因为在每次谐振器往返中都不会重新建立任何特定波长的激光。光子寿命不再是一个限制因素。
这种激光器的输出也可以被认为是强烈啁啾脉冲的周期性序列，类似于一些普通锁模激光器的超短脉冲，但脉冲持续时间太长，以至于后续脉冲实际上不再分离（即，两者之间的功率较低）。
傅里叶域模式锁定允许最高的扫描频率。
当然，某些约束是由傅里叶域模式锁定原理引入的。调制频率需要与谐振器的往返时间精确同步。它实际上也可以是往返频率的整数倍，从而导致相应的更高扫描频率。对于非常低的扫描频率，需要一个很长的谐振器，这可能是不切实际的；然而，这种激光器对于高扫描频率非常有用，这对于光学相干断层扫描等应用是有益的（见下文）。事实上，最高的扫描频率（有时甚至在商业产品中也高于1 MHz）是通过傅里叶域模式锁定实现的。
具有色散调谐的源
也可以实现波长扫描激光源，而不需要腔内带通滤光片。相反，它们可以基于色散调谐[7]。从本质上讲，这意味着激光器的主动模式锁定，其中谐振器包含具有大色散的元件。对于恒定的调制频率，激光器将以激光选择的波长发射短脉冲（通常是皮秒），使得往返时间与调制频率相匹配。通过在某个狭窄的范围内调谐调制频率，可以调谐激光器以在不同波长上工作。调谐速度受到激光器寻找新的稳态的需求的限制。
锁模激光加色散延迟线
另一种可能性是使用飞秒激光器，并通过具有强色散的延迟线发送其输出脉冲[3]。这导致更长的、强烈的啁啾输出脉冲，它们也执行频率扫描。与其他扫频源相比，输出功率不是近似恒定的，而是随扫描频率进行强调制。虽然这种技术方法可能相对昂贵，但它可以应用于非常宽带的激光器，从而实现尽可能高的轴向图像分辨率。
波长校准
通常不能期望波长扫描激光表现出极其恒定的频率扫描速率，因为这对于光谱学应用来说是理想的。然而，可以将这种激光源与自参考频率梳相结合以进行波长校准[21]。
波长扫描激光器的应用
波长扫描激光的典型应用是频域光学相干断层扫描（FD-OCT），例如用于眼科和皮肤病学。（该方法更具体地也称为 SS-OCT。在这里，有必要扫描宽波长范围，以便在激光束的方向上实现高空间分辨率。同时，非常高的扫描速度是可取的，因为这可以快速采集图像。
另一个应用是询问光纤传感器[9，18]。传感器光纤可能包含具有不同反射波长的多个光纤布拉格光栅，这些光栅对所有温度条件的局部应变都很敏感。为了快速询问多个这样的传感器，有必要在很宽的范围内快速扫描探头激光波长，而波长扫描激光器非常适合该目的。
有一些激光测距方法，其中应用了波长扫描激光器。
在某些情况下，应用快速波长扫描是为了抑制由受激布里渊散射（SBS）引起的非线性反射，特别是在高功率光纤放大器中[20]。
参考文献
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