Одночастотные лазерные модули

Излучение полупроводниковых инжекционных лазеров имеет несколько продольных мод и достаточно большую ширину спектра (1–3 нм). Для многих практических лазерных применений важен одночастотный режим генерации. Одночастотные лазеры нашли самое широкое применение в технологиях волоконно-оптических линий связи со спектральным уплотнением каналов, спектроскопии высокого разрешения, в интерферометрии, в оптических датчиках, в медицине, в экологии. На первом этапе при создании одночастотных лазеров использовали лазерные диоды с коротким резонатором (100–200 мкм). Учитывая, что межмодовый интервал для таких излучателей велик, разница в усилении соседних мод значительна. В результате спектр излучения лазеров с коротким резонатором обычно имеет одну продольную моду. Перестройки длины волны этих лазеров можно добиться изменением температуры и тока накачки. Но малое значение выходной мощности, большая ширина линии излучения (100 МГц) и нестабильный режим работы – заметные недостатки, сопутствующие эксплуатации таких лазеров.

Многие практические применения одночастотных когерентных излучателей требуют значительно более высоких значений мощности и стабильности ширины узкой линии излучения. Чаще всего, в таких случаях, применяются лазеры с внешним резонатором, в качестве которого использована дифракционная решетка. Основными элементами конструкции подобных излучателей являются лазерный кристалл и брэгговская решетка, сформированная в одномодовом световоде. Задняя грань кристалла, формирующая резонатор, имеет отражающее покрытием с коэффициентом отражения до 90%, передняя грань – просветляющее покрытие с коэффициентом пропускания 0,01%. Коэффициент отражения решетки обычно составляет 10–20%, спектральная ширина решетки 0,1–0,2 нм. Для лучшего согласования лазерного кристалла с волоконным световодом на конце световода формируют цилиндрическую микролинзу, увеличивающую эффективность стыковки до 80%.

Активный элемент лазерного модуля создает свои собственные моды, в это же время внешний дифракционный элемент создает так называемые моды внешнего резонатора. Так как брэгговская решетка обладает частотно-избирательной селективностью, то в генерации участвуют только те моды, которые удовлетворяют условию усиления. При совпадении спектров усиления лазергого диода и отражения брэгговской решетки излучение становится более стабильным и узким, чем у лазеров с резонатором Фабри-Перо. Однако не стоит забывать, что с увеличением несовпадения между этими спектрами снижается значение максимальной мощности, при котором излучение останется стабильным. Повысить стабильность можно конструктивно, если подавить в резонаторе генерацию собственных мод резонатора Фабри-Перо кристалла лазерного диода. По этой причине широкое распространение получила конструкция активного элемента, представляющая собой двухпроходный усилитель. Благодаря введению скошенной передней грани в диоде не возникает генерации собственных мод.

Излучение лазеров с ВБР резонатором обычно имеет спектральную ширину менее 1 МГц и мощность до нескольких десятков миливатт.