窄线宽激光器（连续光纤激光器）

窄线宽激光器

美国哥伦比亚大学工程学院的利普森纳米光子学团队研发了一种纯度非常高的芯片级窄线宽可见光激光器，窄线宽激光器，它的发光波长可以在近紫外到近红外范围之内精准快速调谐。

窄线宽激光器（连续光纤激光器）

集成光子学一直在改变着人类控制光的方式，各种各样的光学设备被用于数据通信、光学成像、传感技术、生物医学光子学等领域，利用微纳光学器件还可以对光路进行路由和整形，能够将整个光学系统集成到一个微型芯片上。虽然近红外激光器已经取得了一些进展，但目前为光子芯片供电的可见光激光器仍然是台式激光器，只能应用在实验室且价格昂贵，这就需要一种可调谐窄线宽芯片级激光器来发射不同颜色的光。

研究人员称这种窄线宽可见光激光器为“用于AR/VR的量子光学和激光显示器的显著小型化进步”，使用微米级的氮化硅谐振器和商用Fabry-Pérot激光二极管，团队实现了高达12.5nm粗调和33.9GHz无跳模微调，本征线宽低至几千赫兹，相比于同种类型的可见光调谐窄线宽集成激光器，窄线宽激光器，这款新型激光器的体积更小且波长可低至404nm，其中单个芯片产生窄线宽可调谐的可见光覆盖所有颜色。

连续光纤激光器

激光光学陀螺仪的长度灵敏度与引力波探测器的灵敏度相当，窄线宽激光器，后者是有史以来最精确的测量仪器之一。但是，目前实现这种灵敏度的系统包含庞大的光纤线圈。OwlG项目的目标是在芯片上开发窄线宽激光器，以取代庞大的光纤作为旋转传感元件，并允许进一步与光学陀螺仪的其他组件集成。

根据DanBlumenthal教授的说法，有两种方法可以制造这种激光器。一种方法是将激光束缚在光学参考上，光学参考必须是环境隔离的并且包含在真空中，就像原子钟一样。参考腔和电子反馈回路一起充当安静激光器的锚。然而，这种系统庞大、昂贵、耗电且对环境干扰敏感。

艺术家对新布里渊激光器激光环腔内光学动力学的解释。

另一种方法是制造外腔激光器，其腔体满足窄线宽激光器的基本物理要求，包括长时间保持数十亿光子并支持非常高的内部光功率水平的能力。传统上，这种空腔很大，因此它们可以容纳足够的光子。尽管它们已经被用于实现高性能，但是将它们集成在芯片上并且线宽接近激光器的线宽一直是一个挑战。

窄线宽激光器原理

随机DFB光纤激光器具有定向输出，因为光被限制在光纤芯中。光束轮廓接近高斯，见下图。此外，即使对于基于多模光纤的系统，由于光束清理效应，辐射仍然几乎是高斯轮廓的单模。

在远场测量的随机DFB光纤激光器的光束轮廓。

此外，众所周知，光纤中很容易产生高阶斯托克斯拉曼辐射，从而产生级联，见图45。图46显示了前向泵浦配置中DFB-RFL的光谱特性。

图45纵向正向泵浦DFB-RFL中高阶斯托克斯的功率分布。

图46（a）前向泵浦配置中使用NLSE的斯托克斯波频谱演化的泵浦功率依赖性。（b）作为Stokes发电功率函数的RMS谱宽演变。

4.3.1.基于拉曼的DFBRFL

自从第一次利用瑞利散射在RFL中反馈的实验演示以来，拉曼散射就是采用的增益机制。2010年之后，基于拉曼的DFB-RFL取得了非常丰硕的发展，窄线宽激光器，在该领域取得了巨大进展。