【摘 要】
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半导体激光器（Laser Diode,LD）稳定性高、电光转换效率高、寿命长的特点。其中蓝光半导体激光器作为新一代可见光光源,具有重要的应用价值。然而,由于其工作物质的增益曲线平缓,蓝光半导体激光器的光谱线宽较宽,难以满足激光倍频对窄线宽输出的要求,需要采用光栅外腔结构对其进行线宽压缩。本文对基于蓝光半导体激光器的Littrow型光栅外腔系统的输出模式进行了理论和实验研究,并讨论了其无跳模调谐特性
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目《大功率蓝光半导体激光器与应用》（项目编号:2020B090922002）； 湖北省重点研发计划项目《高功率半导体激光关键技术研究及加工》（项目编号:2021AAA009）；
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半导体激光器（Laser Diode,LD）稳定性高、电光转换效率高、寿命长的特点。其中蓝光半导体激光器作为新一代可见光光源,具有重要的应用价值。然而,由于其工作物质的增益曲线平缓,蓝光半导体激光器的光谱线宽较宽,难以满足激光倍频对窄线宽输出的要求,需要采用光栅外腔结构对其进行线宽压缩。本文对基于蓝光半导体激光器的Littrow型光栅外腔系统的输出模式进行了理论和实验研究,并讨论了其无跳模调谐特性。主要研究内容如下:（1）采用了Fabry-Pérot谐振腔结构模型来模拟光栅外腔系统的腔结构,利用多光束干涉理论推导出腔增益函数,构建了光栅外腔系统的模结构的数学模型。分别模拟了光栅被照射的刻线数N为1200、12000和120000,一阶衍射效率为5%、25%和55%以及LD输出端面反射率为0.3、0.03、0.003时光栅外腔系统输出模式。（2）对Littrow型光栅外腔系统的输出特性和线宽特性进行了实验研究。实验使用了波长为445 nm的NDB7A75型蓝光单管和线数为3600线/mm的反射式光栅。通过转动半波片调节光栅对入射光的一阶衍射效率。分别测量一阶衍射效率(R1th)为5%、25%和55%时光栅外腔系统的P-I特性,输出线宽及可调谐范围。当一阶衍射效率为25%且注入电流为2.5 A时,光栅外腔系统的线宽为72 pm,输出功率为1.52 W,可调谐范围为2.3 nm（3）分析了光栅外腔系统的无跳模调谐特性,讨论了仅转动光栅、仅改变腔长和同时转动光栅与改变腔长时光栅外腔系统（即转臂与光栅不共面）无跳模调谐特性。只有当转臂与光栅不共面时,可以实现大范围无跳模调谐。当L0=97.73 mm,Lg=10 mm时,理论上的最大无跳模调谐范围约为2.4 nm。
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