Теоретски, ласер уске ширине линије је једна фреквенција, односно, један попречни мод, један лонгитудинални мод, који одговара једном спектралном ласерском излазу у фреквенцијском домену генерисаном само кохерентним стимулисаним зрачењем, порастом и опадањем носиоца унутар шупљине, оптичком фазом и фотоном густина је у стабилном стању, са ниским релативним интензитетом буке и буком ниске фреквенције, итд., а у исто време таласна дужина побуде има веома висок однос потискивања бочног мода.
Међутим, у пракси, због спонтаног зрачења које се не може елиминисати у активном региону, ефекти поремећаја фазе и интензитета се уводе у режим побуђеног зрачења, чинећи фреквенцију излазног сигнала ласера увек Гаусов бели шум, што доводи до унутрашњег Лоренцијана. линијско проширење фреквенцијског спектра једног ласера, и одређена ширина омотача на спектру, а флуктуација овог квантног шума одређује доњу границу ширине ласерске линије. Ова мала флуктуација се лако маскира већим флуктуацијама изазваним механичким/акустичким променама или термичким променама у спољашњем окружењу, што резултира континуираним ширењем ласерске ширине, а ови класични ефекти шума одређују горњу границу ширине ласерске линије. Ширина линије описује фреквенцију или фазни шум из перспективе фреквентног домена, а ужа ширина линије значи нижу ласерску фреквенцију или фазни шум.
Ширина линије је у позитивној корелацији са коефицијентом спонтаног зрачења ласера и фактором ширења ширине линије; и у негативној корелацији са дужином резонантне шупљине ласера и излазном снагом. Што је дужина шупљине ласера већа, то је мањи губитак у шупљини, већа је крајња рефлексивност, дужи животни век фотона; што је већа излазна снага, мањи је удео спонтаног зрачења. Стога је повећање дужине и снаге шупљине ефикасан начин за компресију ширине ласерске линије у једном уздужном моду.
Основна премиса ласерског излаза уске ширине линије је постизање једног излаза уздужног мода, полупроводнички ласери уске ширине линије су обично интегрисани у структуру за селекцију фреквенције резонантне шупљине или су спојени са уређајем за избор режима изван шупљине, да би обезбедили оптичку повратну информацију на одређеној фреквенцији. , када је ширина пропусног опсега уређаја за одабир фреквенције мања од 2 пута размака уздужног мода, можете ефикасно контролисати појачање и губитак различитих уздужних модова, како бисте осигурали да ширина опсега ласерског појачања унутар ефективног појачања само једне уздужне режим Побуђивање се добија само за један лонгитудинални мод унутар ефективног опсега појачања ласера.
У складу са различитим структурама селекције фреквенције које су распоређене унутар и изван активне шупљине, полупроводнички ласери уске ширине линије се генерално категоризују у типове повратне везе унутрашње шупљине и ласере типа повратне спреге спољашње шупљине.
Полупроводнички ласери са повратном спрегом уске ширине линије са унутрашњом шупљином обично интегришу Брегове решетке или специјалне таласоводне структуре унутар активне шупљине, као што су полупроводнички ласери са дистрибуираном повратном спрегом (ДФБ), полупроводнички ласери са дистрибуираним Брагговим рефлектором (ДБР) и полупроводнички ласери са спрегнутим проводницима. ДФБ, ДБР и полупроводнички ласери са спрегнутом шупљином. Допирање слоја таласовода у дугим активним шупљинама доводи до драматичног повећања оптичког губитка, што ограничава снагу ласера, ограничава повећање дужине активне шупљине и доводи до ограничене компресије ширине ласерске линије. Типични ДФБ и ДБР ласери обично користе једнообразне или дистрибуиране структуре Браггове решетке са повратном спрегом са фазним помацима као резонантним шупљинама, са величинама чипа ограниченим на реда од стотину микрона, малим факторима квалитета за резонантне шупљине, малим излазним снагама и ширинама ласерских линија у опсег од неколико МХз до десетина МХз.
Диодни ласер са спољашњом шупљином (ЕЦДЛ) је подељен на два дела, тј. активну унутрашњу шупљину која обезбеђује појачање и пасивну спољашњу шупљину за пружање повратне информације. Светлост која се емитује из медијума са активним појачањем се враћа назад у медијум за појачавање након проласка кроз пасивни спољни медиј са малим губицима, док увођење пасивне спољашње шупљине са малим губицима повећава животни век фотона система, чиме се сужава ширина линије. Треба напоменути да је спољна шупљина полупроводничког ласера уске линије широк појам, у строгом смислу, само када је активна шупљина за нерезонантну шупљину, позната као структура спољашње шупљине, као што је рефлективни полупроводнички оптички појачавач (Рефлецтиве Семицондуцтор Предња површина оптичког појачала (РСОА) направљена од рефлективног филма, задња површина је мембрана високе пропусности (рефлективност крајње стране је генерално 10-3 ~10-5).
Пошто је оптичка повратна спрега на задњој страни премала, шупљина не може да формира оптичку осцилацију, тако да само изван шупљине обезбеђује довољно високу оптичку повратну спрегу, тако да је оптичко појачање у процесу повратног пута ласерског светла унутар шупљине веће него оптички губитак, да би се формирала побуда; друга ситуација је активна шупљина за независну ексцитацију ласера, позната као самоубризгавајућа структура, избор специфичне таласне дужине лонгитудиналног мода убризганог у ласер, што резултира лонгитудиналним модом у режиму конкуренције у приоритету Резонанција се постиже приоритетно засићење, што доводи до смањења профила појачања у активном региону. Међутим, оба су „закључана“ за излазну фреквенцију резонантне шупљине продужавањем дужине ласерске шупљине и убризгавањем изабране ласерске фреквенције у резонантну шупљину кроз ускопојасни елемент повратне спреге, а основна идеја добијања уже ширине линије је иста у оба случаја.
Планар Лигхт Вавегуиде Цхип (ПЛЦ) је важна примена технологије фотонске интеграције, која пружа разноврсније и флексибилније изборе за ускопојасне уређаје за филтрирање и оптичку повратну спрегу у полупроводничким ласерима са екстерном повратном спрегом. Израдом таласоводних, решеткастих или микропрстенастих структура на материјалима на бази силицијума са малим оптичким губицима, као што су силицијум на изолатору (СОИ), силицијум диоксид (СиО2) или силицијум нитрид (Си3Н4), а затим их спајањем и интеграцијом са ИИИ- В полупроводнички чипови за појачавање, РСОА или ДФБ преко мод-спот претварача или микро сочива, ПЛЦ-ови могу побољшати фотонску густину фотона унутар шупљине узимајући у обзир густину шупљине. Спајање и интеграција са ИИИ-В полупроводничким гејнер чипом, РСОА или ДФБ преко конвертера тачке или микросочива могу побољшати животни век фотона и компримовати ласерску ширину, узимајући у обзир густину фотона у шупљини. Поред тога, квазимонолитна структура се може формирати фиксирањем обоје на исти хладњак кроз процес везивања, што помаже да се смањи величина и цена уређаја.
Група господина Чанг Лина на Универзитету у Пекингу је реализовала хибридни интегрисани ласер уске ширине ултра уске линије, при чему је активни део ДФБ ласер, а пасивни филтерски део је Си3Н4 микро-прстен са фактором квалитета 2,6 × 1{{ 8}}8, а нискогранична структура таласовода од силицијум нитрида смањила је губитак оптичког преноса на 0,1 дБ/м, што на крају остварује излазну ширину линије на скали Хз.
