法布里-珀罗 (FP) 激光器,又称法布里-珀罗干涉仪,是一种用途广泛的激光技术,广泛应用于电信、天文学和其他各个领域。其主要应用是低速率短距离传输,传输距离最远可达 20 公里。FP 激光器是分布式反馈 (DFB) 激光器的更先进替代方案。

FP 激光如何工作?

FP 激光器和 DFB 激光器之间的主要区别

DFB激光器和法布里-珀罗激光器的根本区别在于光谱宽度。法布里-珀罗激光器的光谱宽度较宽,属于多纵模激光器;而DFB激光器的光谱宽度较窄,属于单纵模激光器。

FP激光器的工作原理

FP激光器是最基本的半导体激光器,由位于中心的激活区和两侧的两个平行反射镜组成。该装置形成一个法布里-珀罗腔,反射镜在激活介质中来回反射光,从而放大光。

激光器由两面反射镜和它们之间的激活介质组成。反射镜提供正反馈,将受激光子返回激活介质,从而激发更多光子,从而放大光。这种反馈机制对于维持激光作用至关重要。

FP 激光器的频率由激光器两端的反射镜间距控制。这使得激光器能够以由腔长和反射镜间距决定的特定频率振荡。调整此间距可导致模式跳跃,即激光器在不同的振荡模式之间切换,从而影响其输出波长和光谱特性。

FP激光器的工作原理

谐振器动力学

两面镜子构成一个长度为 L 的谐振器。当随机波从一面镜子(m1)传播到另一面镜子(m2)时,会在 m2 处发生反射。该波经历了180 度的相移和相位突变。

当稳定的波穿过FP激光器的谐振腔时,它会发生180度的相移并继续传播。该波继续以与镜面m1处相同的相移传播。换句话说,稳定的波会产生一种稳定的图案,称为驻波

波长是随机波和稳定波之间的主要区别。谐振腔只能支持特定波长的波——形成驻波模式的波。这些特定波长由谐振腔的尺寸和特性决定。纵模是指波长由谐振腔的物理长度和边界条件决定的波。只要这些波在腔内形成驻波模式,谐振腔就可以支持无数个纵模。每种模式都对应一个特定的谐振频率,从而影响激光器的整体光谱输出。

增益与反馈机制

法布里-珀罗激光器中的激活介质仅在较窄的波长范围内提供增益。由于激光辐射是由谐振腔和激活介质相互作用产生的,因此增益曲线内只有少数几个谐振波长能够辐射。这是因为增益介质只能在有限的光谱范围内放大光,而该光谱范围由其增益曲线决定。

此外,只有当增益超过腔内损耗时才会开始发光。只有落在增益曲线内且不受损耗曲线抑制的谐振波长最终才会被放大。FP激光器由于腔内镜面反射的连续特性而产生集总反馈,从而产生大量纵模,并最终形成相对较宽的光谱宽度。这种宽光谱输出是由于谐振腔的反馈机制支持多种波长。

虽然这种激光器可以产生高功率,但在较高工作电流下通常为多模。这就是FP激光器的工作原理。

关于 Inphenix

Inphenix是一家总部位于美国的光源制造公司,专注于研发和生产一系列光学器件,例如扫频激光器、法布里-珀罗激光器、增益芯片、分布式反馈激光器和垂直腔面发射激光器(VCSEL)。Inphenix的产品技术先进、价格实惠,并且兼容各种设备。