什么是體布拉格光柵（VBG）激光二極管？

體布拉格光柵（VBG）激光二極管是一種利用布拉格光柵來實(shí)現(xiàn)高光譜純度和波長穩(wěn)定的激光二極管。體布拉格光柵是一種透明介質(zhì)，其折射率呈現(xiàn)周期性變化，為激光二極管提供窄線寬。它被用于泵浦一些固體激光器，其中激光晶體只在狹窄的波長范圍內(nèi)表現(xiàn)出有效的泵浦吸收。體布拉格光柵通常用于將高功率二極管激光器和固體激光器（如Nd:YAG激光器）的波長鎖定在一個特定的波長。

激光二極管的波長可以通過與VBG一起使用而得到穩(wěn)定。當(dāng)VBG被添加到激光二極管中時，它會產(chǎn)生額外的光學(xué)反饋，導(dǎo)致激光在一個狹窄的光學(xué)帶寬內(nèi)發(fā)射，從而有效地設(shè)定VBG的輸出波長，以達(dá)到所有的實(shí)際目的。如果沒有反饋，由于溫度的變化和激光二極管年齡的增加，可能會出現(xiàn)波長的變化。通過使用，總的光學(xué)帶寬可以減少到一些納米，這對固態(tài)激光器的泵浦是很有用的。

VBG激光二極管的結(jié)構(gòu)

VBG激光二極管的結(jié)構(gòu)通常由一個激光二極管、體布拉格光柵和準(zhǔn)直透鏡組成。圖1描述了一個VBG激光二極管的結(jié)構(gòu)。

激光二極管包含一個激光增益介質(zhì)，通常是一種半導(dǎo)體材料，如GaAs或InP，形成于兩個鏡面之間。一個泵浦源，特別是一個高功率的激光二極管，在一個比所需輸出波長更短的波長上發(fā)出的光，被用來激發(fā)激光增益介質(zhì)。VBG被放置在激光腔的一端，它作為一個輸出耦合器。VBG的端面是用抗反射涂層進(jìn)行光學(xué)拋光的，以防止寄生反射，這是發(fā)生在激光器中的意外和不希望發(fā)生的振蕩，導(dǎo)致噪音或不穩(wěn)定。還有一個準(zhǔn)直透鏡來準(zhǔn)直激光束。

VBG激光二極管的工作原理

當(dāng)電流被施加到激光二極管和泵浦源時，它會激發(fā)激光增益介質(zhì)并發(fā)射出波長為λ1, λ2, ...λN的寬光譜。激光穿過激光腔，用準(zhǔn)直透鏡聚焦，落在位于腔體一端的VBG上。這使得光柵可以作為輸出耦合器，只將所需波長的激光反射回腔內(nèi)，而允許所有其他波長的激光通過。這種選擇性反射是由于VBG的周期性折射率調(diào)制，它作為一個波長選擇性反射器發(fā)揮作用。因此，VBG在激光器中自帶狹窄的光束，激光二極管被迫在布拉格光柵選擇的這個特定波長上發(fā)光。因此，激光器只發(fā)射出一個波長λ1。這種激光通過輸出窗口離開激光腔，該窗口對所需的輸出波長是透明的。VBG激光二極管的工作原理如圖2所示。

VBG激光二極管的優(yōu)點(diǎn)

提高光譜穩(wěn)定性

成本效益高，易于實(shí)施

冷卻要求較低

改善發(fā)射特性

提高泵浦效率

能夠在高功率下運(yùn)行

不需要將光源耦合到光纖上

在較寬的溫度范圍和驅(qū)動電流下有穩(wěn)定的泵浦效率

VGB激光二極管的劣勢

復(fù)雜

額外的腔體光學(xué)元件增加了機(jī)械的精細(xì)性

VBG激光二極管的應(yīng)用

VBG激光二極管在許多不同領(lǐng)域都有廣泛的潛在應(yīng)用。它們被用于材料加工和制造，需要高功率和高效的激光器來切割、焊接和退火各種材料。VBG激光二極管還可用于醫(yī)療應(yīng)用，如激光手術(shù)或光動力療法，其光譜穩(wěn)定性和高功率輸出可提高這些治療的有效性和安全性。

這些激光二極管還可用于電信領(lǐng)域，其光譜穩(wěn)定性和高效率可提高光通信系統(tǒng)的性能。它們還可以在娛樂領(lǐng)域找到用武之地，如激光燈表演，其產(chǎn)生高功率和穩(wěn)定光束的能力可以創(chuàng)造出驚人的視覺效果。