高功率
半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)作為發(fā)展成熟的激光
光源，在材料加工和固體
激光器泵浦領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。盡管高功率半導(dǎo)體具備轉(zhuǎn)換效率高、功率高、可靠性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、體積小以及成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是
光譜亮度相對(duì)較差則是一個(gè)不容忽視的缺點(diǎn)。半導(dǎo)體激光器bar條典型的光譜帶寬大約是3～6nm，而且峰值
波長(zhǎng)會(huì)受工作電流和工作溫度的影響而發(fā)生漂移。
oxN5:) u*P@Nuy6 通常，摻釹固體晶體是對(duì)其相對(duì)較寬的808nm吸收帶進(jìn)行泵浦，標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)能很容易地滿足808nm泵浦的光譜要。但是在過(guò)去幾年里，隨著半導(dǎo)體激光器bar條的工作電流和功率的不斷提高，導(dǎo)致在從閾值電流上升到工作電流的過(guò)程中產(chǎn)生了更大的波長(zhǎng)漂移。為了確保在整個(gè)工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、有效的泵浦，需要控制泵浦半導(dǎo)體激光器的光譜，使其光譜帶寬始終與激活激光介質(zhì)的吸收帶寬相匹配。
2&n6:"u | ;<Hk Cd 另一方面，
光纖激光器的迅速發(fā)展，也增加了對(duì)其他波長(zhǎng)的泵浦源的需求。例如，泵浦波長(zhǎng)為1080nm左右的標(biāo)準(zhǔn)摻鐿光纖激光器，就需要915nm、940nm和980nm的光纖耦合半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，特別是980nm泵浦區(qū)尤為重要，因?yàn)閾借O材料在該泵浦區(qū)具有較高的吸收系數(shù)和較窄的吸收帶寬。
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通常，高功率半導(dǎo)體激光器模塊的典型光譜寬度大約是3～6nm，而且其中心波長(zhǎng)會(huì)隨著溫度和驅(qū)動(dòng)電流的變化而發(fā)生漂移，這對(duì)于具有較小吸收帶寬的泵浦應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的障礙。高功率半導(dǎo)體激光器模塊的波長(zhǎng)穩(wěn)定性，對(duì)于有效地泵浦具有較窄吸收帶寬的固體激光器而言，至關(guān)重要。
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光柵波長(zhǎng)穩(wěn)定性技術(shù)，能幫助高功率半導(dǎo)體激光器模塊實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的波長(zhǎng)。當(dāng)然，要想實(shí)現(xiàn)可靠的波長(zhǎng)穩(wěn)定性能，必須要對(duì)體全息光柵和半導(dǎo)體激光器模塊的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行慎重選擇。
j,^&U|! mHW%:a\L 另一個(gè)新的泵浦波長(zhǎng)是在888nm泵浦Nd:YVO4，與808nm泵浦相比，888nm泵浦的優(yōu)勢(shì)在于該波長(zhǎng)處于各向同性吸收區(qū)，即在所有偏振方向上具有相同的吸收系數(shù)，并且量子虧損小。[1]
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z{\tn.67 對(duì)于光譜線寬要求最高的應(yīng)用之一是堿金屬蒸汽激光器（如銣或銫）的光泵浦，這類應(yīng)用需要的線寬大約為10GHz。對(duì)于這些應(yīng)用，要實(shí)現(xiàn)有效泵浦，必須要控制半導(dǎo)體激光器泵浦源的光譜。[2]
cxSHSv 1; F%o!+%&7 由多個(gè)半導(dǎo)體激光器bar條構(gòu)成的高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的另一缺點(diǎn)在于相對(duì)較差的光束質(zhì)量和亮度B，下面的公式是B的定義。半導(dǎo)體激光器光束的亮度由激光功率P以及慢軸和快軸方向上的光束參數(shù)乘積（BPP）所確定。[3]
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-"JmQ Fha 普通大面積半導(dǎo)體激光器bar條的輸出光束是由對(duì)于光束尺寸和發(fā)散角高度非對(duì)稱的參數(shù)來(lái)表征的�？燧S方向上的光束質(zhì)量約為1mm·mrad，接近衍射極限；然而，標(biāo)準(zhǔn)10mm大面積半導(dǎo)體激光器bar條慢軸方向上的光束質(zhì)量在400～500mm·mrad之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了衍射極限。
MJ?t{= YCltS!k 最近幾年中，通過(guò)增加每個(gè)發(fā)射體的輸出功率和減小慢軸發(fā)散角，半導(dǎo)體激光器bar條的亮度已經(jīng)得到了顯著提高。這些進(jìn)展帶來(lái)了發(fā)射體數(shù)量減少、發(fā)射體間距增加的新型半導(dǎo)體激光器設(shè)計(jì)。這些迷你bar條比傳統(tǒng)的10mm大面積半導(dǎo)體激光器bar條更具優(yōu)勢(shì)。[4]
4 xbWDu] T5zS 3O 半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)亮度的進(jìn)一步增強(qiáng)是通過(guò)偏振耦合和波長(zhǎng)復(fù)用實(shí)現(xiàn)的。偏振耦合僅能將亮度提高一個(gè)單位系數(shù)的兩倍，而波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)受可用波長(zhǎng)數(shù)量n的限制。事實(shí)上，通過(guò)波長(zhǎng)復(fù)用進(jìn)行功率擴(kuò)展是以犧牲光譜亮度為代價(jià)的。
v9Ii8{ca| C 4 C / 標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體激光器光源的波長(zhǎng)復(fù)用，以及基于非介質(zhì)膜的波長(zhǎng)耦合器，需要大約30nm的光譜寬度。通過(guò)使用具有穩(wěn)定的窄帶發(fā)射光譜的半導(dǎo)體激光源和體全息光柵作為組合單元，光譜距離可以顯著縮減到3nm。[5]結(jié)果，對(duì)于給定的光譜范圍，能夠被復(fù)用的半導(dǎo)體激光器bar條的數(shù)量增加，進(jìn)而使亮度增強(qiáng)。
\L~ ^c1s3r 6_QAE6A 光譜穩(wěn)定的半導(dǎo)體激光器模塊更大的優(yōu)點(diǎn)是其對(duì)工作溫度和工作電流的敏感性降低，從而使冷卻系統(tǒng)更加簡(jiǎn)便。另外，其對(duì)于芯片材料的規(guī)格要求也降低了，提高了生產(chǎn)中的晶圓利用率；而且還消除了隨著半導(dǎo)體激光器工作時(shí)間增加而引起的波長(zhǎng)變化（“紅移”）。然而，應(yīng)該指出的是，所有這些優(yōu)點(diǎn)的獲得要取決于體全息光柵的鎖定范圍。
ph6'(, s)]T"87H'_ 波長(zhǎng)穩(wěn)定的基本概念
Os$E,4,py OHBCa nZZ, 波長(zhǎng)穩(wěn)定的方法
7AT8QC`u |rk.t g9 在過(guò)去，為了改善半導(dǎo)體激光器bar條的光譜亮度，研究人員探討了一些不同的方法。這些方法可分為激光器內(nèi)部和外部解決方案。內(nèi)部解決方案將波長(zhǎng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)集成到半導(dǎo)體激光器bar條內(nèi)部，而外部解決方案則是將體全息光柵與布拉格光柵分開(kāi)，以穩(wěn)定波長(zhǎng)。
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