1 LD激光的产生与频率线宽

1.1激光产生原理

如1.1图所示，加电压后，N区电子能级高于P区空穴能级，大量电子处于高能级上，实现粒子数反转，N区电子大量流向P区，与P区中的空穴复合，放出光子产生激光。

1.2线宽定义

激光器发出激光的光谱并不是全部集中在由跃迁上、下能级所决定的中心频率处，而是分布在此中心频率附近的很小频率范围内。

2模式选择（波长选择）

2.1 模式选择原理

2.2体布拉格光栅（VBG）

若要使衍射光能够反馈回LD，需要光栅的输出端面镀反射膜，使衍射光分成两部分，一部分作为出射光，一部分作为反馈光。反馈光再次经过VBG时，必须满足布拉格条件，发生第二次衍射，再次衍射光虽然与入射光平行，但不在同一直线上。即反馈光不能原路返回LD内部。

因此，透射型VBG不适用于直线型外腔。

(2)反射型VBG

出射光是入射光的透射部分，衍射光全部作为反馈光。尤其，当入射光平行于光栅矢量入射时，反馈光与入射光在同一直线上且方向相反。

3外腔半导体激光器线宽理论

3.1 线宽理论

设有源区内单模激光场为：

(3.5)式的分母项远大于1，做近似化简，故相位匹配条件下外腔半导体激光的输出线宽可表示为：

3.2 数值模拟

数值计算所用参数

结论：

   通过以上计算，通过优化激光器结构（减小本征出射光谱线宽、缩短腔长、提高腔面透射率）、外腔反馈率R₃(透镜耦合效率、光栅频率、光栅厚度、光栅有效折射率)可压缩光谱线宽。