王立军院士综述：宽调谐窄线宽外腔半导体激光器研究进展
随着互联网时代的快速发展, 光通信技术作为半导体激光器最重要的应用领域之一, 对半导体激光器的光谱调谐范围和线宽特性提出了更高的要求. 优化光源的线宽特性可以提高光通信系统的传输长度, 传输容量; 拓展光源的光谱调谐特性可以减少光通信网络中激光器的数量, 提高通信网络灵活性, 有利于实现通信系统的小型化、集成化, 从而降低成本. 此外, 宽调谐窄线宽激光光源还在高分辨率光谱分析、激光雷达、环境气体检测、相干光探测、空间相干激光通信、生物医学、原子钟计时 等领域有着广泛的应用.
传统的基于内腔反馈的半导体激光器, 例如DFB/DBR 半导体激光器, 其固有的大光腔损耗和增益介质自发辐射等导致的线宽展宽影响难以消除, 使其线宽特性受到极大程度制约. 且基于载流子色散效应的电调谐或基于热光效应的热调谐的调谐方式, 限制了其波长调谐范围, 通常仅有几纳米. 随着相关应用的发展, 这种内反馈型半导体激光器的线宽特性和光谱特性已经不能满足日益增长的应用需求. 因此, 为了获得激光光源更宽的波长调谐范围和更窄的线宽特性, 研究人员引入了外腔型半导体激光器（external cavity diode laser, ECDL）. ECDL 是在半导体激光增益芯片的基础上, 利用外部选模元件和反射镜等, 将谐振腔延展到激光芯片外. 相较于内腔反馈半导体激光器, ECDL 依靠其更长的腔长和外部谐振腔中更加灵活的调谐组件可以获得更窄的线宽和更宽的波长调谐范围. 此外, ECDL 还具有结构简单、边模抑制比（side mode suppression ratio, SMSR）高、噪声低、温度稳定性高等优势, 因此成为近年来的研究热点.
长春光机所王立军院士团队近期在《中国科学：信息科学》中英文版发表了综述文章“宽调谐窄线宽外腔半导体激光器研究进展”（Advances in wide-tuning and narrow-linewidth external-cavity diode lasers, 2022, volumn 65, issue 8, article No. 181401）.
本文就ECDL 的研究进展进行阐述. 首先从ECDL 的基本结构原理出发, 根据外腔结构不同对ECDL 进行分类, 阐述了不同类别ECDL 的基本结构, 以及它们的波长调谐和线宽压窄原理. 然后讨论了不同类型ECDL 的最新研究进展, 分析了各自的特点、关键技术及应用领域. 最后, 对目前ECDL 的整体发展现状进行总结, 并讨论了ECDL 面临的挑战和潜在的发展方向.
王立军院士
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
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