Secara teorinya, laser lebar garis sempit ialah frekuensi tunggal, iaitu, mod melintang tunggal, mod membujur tunggal, sepadan dengan output laser spektrum tunggal dalam domain frekuensi yang dijana hanya oleh sinaran rangsangan yang koheren, kenaikan dan penurunan pembawa intracaviti, fasa optik dan foton ketumpatan berada dalam keadaan stabil, dengan bunyi intensiti relatif rendah dan bunyi frekuensi rendah, dsb., dan pada masa yang sama, panjang gelombang pengujaan mempunyai nisbah penindasan mod sisi yang sangat tinggi.
Walau bagaimanapun, dalam amalan, disebabkan oleh sinaran spontan yang tidak boleh dihapuskan di kawasan aktif, kesan gangguan fasa dan intensiti diperkenalkan dalam mod sinaran teruja, menjadikan frekuensi isyarat keluaran laser sentiasa bunyi putih Gaussian, yang membawa kepada Lorentzian intrinsik. pelebaran jenis garis spektrum frekuensi laser tunggal, dan lebar tertentu sampul surat pada spektrum, dan turun naik bunyi kuantum ini menentukan had bawah lebar garis laser. Turun naik yang kecil ini mudah disembunyikan oleh turun naik yang lebih besar yang disebabkan oleh perubahan mekanikal/akustik atau perubahan terma dalam persekitaran luaran, mengakibatkan meluaskan lebar garis laser yang berterusan, dan kesan hingar klasik ini menentukan had atas lebar garis laser. Lebar garisan menerangkan bunyi frekuensi atau fasa dari perspektif domain frekuensi, dan lebar talian yang lebih sempit bermaksud bunyi frekuensi laser atau bunyi fasa yang lebih rendah.
Lebar garisan berkorelasi positif dengan pekali sinaran spontan laser dan faktor penyebaran lebar talian; dan berkorelasi negatif dengan panjang rongga resonan laser dan kuasa keluaran. Semakin panjang panjang rongga laser, semakin kecil kehilangan dalam rongga, semakin tinggi pemantulan akhir, semakin lama hayat foton; semakin tinggi kuasa keluaran, semakin rendah kadar sinaran spontan. Oleh itu, meningkatkan panjang rongga dan kuasa adalah cara yang berkesan untuk memampatkan lebar garis laser mod membujur tunggal.
Premis asas output laser lebar talian sempit adalah untuk mencapai output mod membujur tunggal, laser semikonduktor lebar talian sempit biasanya disepadukan dalam struktur pemilihan frekuensi rongga resonan atau ditambah dengan peranti pemilihan mod di luar rongga, untuk memberikan maklum balas optik pada frekuensi tertentu , apabila lebar jalur laluan peranti pemilihan frekuensi kurang daripada 2 kali jarak mod membujur, anda boleh mengawal untung dan rugi mod membujur yang berbeza dengan berkesan, untuk memastikan jalur lebar keuntungan laser dalam keuntungan berkesan hanya satu membujur. mod Pengujaan hanya diperoleh untuk satu mod membujur dalam lebar jalur keuntungan berkesan laser.
Mengikut struktur pemilihan frekuensi yang berbeza yang diedarkan di dalam dan di luar rongga aktif, laser semikonduktor lebar talian sempit biasanya dikategorikan kepada jenis maklum balas rongga dalaman dan laser jenis maklum balas rongga luaran.
Laser semikonduktor lebar talian sempit maklum balas rongga dalam biasanya menyepadukan grating Bragg atau struktur pandu gelombang khas di dalam rongga aktif, seperti laser semikonduktor Maklum Balas Teragih (DFB), laser semikonduktor Pemantul Bragg Teragih (DBR) dan laser semikonduktor rongga berganding. Laser semikonduktor DFB, DBR dan rongga berganding. Doping lapisan pandu gelombang dalam rongga aktif yang panjang membawa kepada peningkatan dramatik dalam kehilangan optik, yang mengehadkan kuasa laser, mengekang peningkatan panjang rongga aktif, dan membawa kepada mampatan lebar garis laser terhad. Laser DFB dan DBR biasa biasanya menggunakan struktur parut Bragg maklum balas seragam atau teragih dengan anjakan fasa sebagai rongga resonan, dengan saiz cip terhad kepada susunan seratus mikron, faktor kualiti kecil untuk rongga resonan, kuasa keluaran rendah dan lebar garis laser dalam julat beberapa MHz hingga puluhan MHz.
Laser Diod Rongga Luaran (ECDL) terbahagi kepada dua bahagian iaitu rongga dalaman yang aktif untuk memberikan keuntungan dan rongga luar pasif untuk memberikan maklum balas. Cahaya yang dipancarkan daripada medium perolehan aktif disalurkan semula ke medium perolehan selepas melalui medium luaran pasif kehilangan rendah, manakala pengenalan rongga luar pasif kehilangan rendah meningkatkan hayat foton sistem, sekali gus mengecilkan lebar talian. Perlu diingatkan bahawa rongga luar laser semikonduktor lebar talian sempit adalah konsep yang luas, dalam erti kata yang ketat, hanya apabila rongga aktif untuk rongga bukan resonan, yang dikenali sebagai struktur rongga luaran, seperti penguat optik semikonduktor reflektif (Separuh Pengalir Reflektif). Penguat Optik (RSOA) permukaan hadapan diperbuat daripada filem pemantul, permukaan belakang penghasilan membran pemancaran tinggi (Pemantulan muka akhir biasanya 10-3 ~10-5).
Oleh kerana maklum balas optik muka belakang terlalu kecil, rongga tidak boleh membentuk ayunan optik, jadi hanya di luar rongga untuk memberikan maklum balas optik yang cukup tinggi, supaya keuntungan optik dalam proses perjalanan pergi balik laluan cahaya laser di dalam rongga lebih tinggi. daripada kehilangan optik, untuk membentuk pengujaan; keadaan lain ialah rongga aktif untuk pengujaan bebas laser, yang dikenali sebagai struktur suntikan diri, pemilihan panjang gelombang tertentu mod membujur disuntik ke dalam laser, mengakibatkan mod membujur dalam mod persaingan dalam keutamaan resonans, ketepuan keutamaan dicapai, menyebabkan profil keuntungan di kawasan aktif berkurangan. Walau bagaimanapun, kedua-duanya "dikunci" kepada frekuensi keluaran rongga resonan dengan memanjangkan panjang rongga laser dan menyuntik frekuensi laser yang dipilih ke dalam rongga resonan melalui elemen maklum balas jalur sempit, dan idea teras untuk mendapatkan lebar talian yang lebih sempit adalah sama dalam kedua-dua kes.
Cip Pandu Gelombang Cahaya Planar (PLC) ialah aplikasi penting teknologi penyepaduan fotonik, yang menyediakan pilihan yang lebih pelbagai dan fleksibel untuk penapisan jalur sempit dan peranti maklum balas optik dalam laser semikonduktor maklum balas rongga luaran. Dengan membuat pandu gelombang, parut atau struktur cincin mikro pada bahan berasaskan silikon dengan kehilangan optik yang rendah, seperti Silikon pada Penebat (SOI), Silikon Dioksida (SiO2) atau Silikon Nitrida (Si3N4), dan kemudian menggabungkan dan menyepadukannya dengan III- Cip keuntungan semikonduktor V, RSOA atau DFB melalui transduser titik mod atau kanta mikro, PLC boleh meningkatkan ketumpatan fotonik foton di dalam rongga sambil mengambil kira ketumpatan rongga. Gandingan dan penyepaduan dengan cip penambah semikonduktor III-V, RSOA atau DFB melalui penukar titik mod atau kanta mikro boleh meningkatkan hayat foton dan memampatkan lebar garis laser sambil mengambil kira ketumpatan foton rongga. Di samping itu, struktur kuasi-monolitik boleh dibentuk dengan membetulkan kedua-duanya pada sink haba yang sama melalui proses ikatan, yang membantu mengurangkan saiz dan kos peranti.
Kumpulan Encik Chang Lin di Universiti Peking telah merealisasikan laser lebar talian sempit bersepadu hibrid ultra sempit, dengan bahagian aktif ialah laser DFB, bahagian penapisan pasif ialah cincin mikro Si3N4 dengan faktor kualiti 2.6 × 1{{ 8}}8, dan struktur pandu gelombang silikon nitrida had rendah telah mengurangkan kehilangan penghantaran optik kepada 0.1 dB/m, yang akhirnya merealisasikan keluaran lebar talian berskala Hz.
