Teorik olarak, dar çizgi genişlikli lazer tek bir frekanstır, yani tek enine mod, tek boylamsal moddur ve yalnızca tutarlı uyarılmış radyasyon, boşluk içi taşıyıcının yükselişi ve düşüşü, optik faz ve foton tarafından üretilen frekans alanındaki tek bir spektral lazer çıkışına karşılık gelir. yoğunluk, düşük bağıl yoğunluk gürültüsü ve düşük frekans gürültüsü vb. ile kararlı bir durumdadır ve aynı zamanda uyarma dalga boyu, çok yüksek bir yan mod bastırma oranına sahiptir.
Bununla birlikte, pratikte, aktif bölgede ortadan kaldırılamayan spontan radyasyon nedeniyle faz ve yoğunluk pertürbasyon etkileri, uyarılmış radyasyon modunda ortaya çıkar ve lazer çıkış sinyali frekansını her zaman Gaussian beyaz gürültü haline getirir, bu da içsel bir Lorentzian'a yol açar. Tek lazer frekans spektrumunun çizgi tipi genişlemesi ve spektrum üzerindeki zarfın belirli bir genişliği ve bu kuantum gürültünün dalgalanması, lazer çizgi genişliğinin alt sınırını belirler. Bu küçük dalgalanma, dış ortamdaki mekanik/akustik değişiklikler veya termal değişikliklerin neden olduğu daha büyük dalgalanmalar tarafından kolayca maskelenir, bu da lazer çizgi genişliğinin sürekli genişlemesine neden olur ve bu klasik gürültü efektleri, lazer çizgi genişliğinin üst sınırını belirler. Çizgi genişliği, frekans alanı perspektifinden frekansı veya faz gürültüsünü tanımlar ve daha dar bir çizgi genişliği, daha düşük lazer frekansı veya faz gürültüsü anlamına gelir.
Çizgi genişliği, lazerin spontan radyasyon katsayısı ve çizgi genişliği yayılma faktörü ile pozitif ilişkilidir; ve lazerin rezonans boşluğu uzunluğu ve çıkış gücü ile negatif ilişkilidir. Lazerin boşluk uzunluğu ne kadar uzun olursa, boşluk içi kayıp o kadar küçük olur, uç yansıtması o kadar yüksek olur, fotonun ömrü de o kadar uzun olur; Çıkış gücü ne kadar yüksek olursa, spontan radyasyonun oranı da o kadar düşük olur. Bu nedenle kavite uzunluğunun ve gücünün arttırılması, tek uzunlamasına modlu lazer çizgisi genişliğini sıkıştırmanın etkili bir yoludur.
Dar hat genişlikli lazer çıkışının temel dayanağı, tek bir uzunlamasına mod çıkışı elde etmektir; dar hat genişlikli yarı iletken lazerler, belirli bir frekansta optik geri bildirim sağlamak için genellikle rezonans boşluğu frekans seçim yapısına entegre edilir veya boşluğun dışındaki mod seçme cihazıyla birleştirilir. Frekans seçim cihazının geçiş bandı genişliği, uzunlamasına mod aralığının 2 katından az olduğunda, lazerin yalnızca tek bir uzunlamasına etkili kazanç dahilinde bant genişliği kazanmasını sağlamak için farklı uzunlamasına modların kazanç ve kaybını etkili bir şekilde kontrol edebilirsiniz. mod Uyarım, lazerin etkili kazanç bant genişliği dahilinde yalnızca tek bir uzunlamasına mod için elde edilir.
Aktif boşluğun içine ve dışına dağıtılan farklı frekans seçim yapılarına göre, dar hat genişlikli yarı iletken lazerler genellikle iç boşluklu geri besleme tipi ve dış boşluklu geri besleme tipi lazerler olarak sınıflandırılır.
İç boşluklu geri beslemeli dar hat genişlikli yarı iletken lazerler genellikle Bragg ızgaralarını veya Dağıtılmış Geri Besleme (DFB) yarı iletken lazerleri, Dağıtılmış Bragg Reflektör (DBR) yarı iletken lazerleri ve birleştirilmiş boşluklu yarı iletken lazerler gibi özel dalga kılavuzu yapılarını aktif boşluğun içine entegre eder. DFB, DBR ve birleşik boşluklu yarı iletken lazerler. Uzun aktif boşluklarda dalga kılavuzu katmanının katkılanması optik kayıpta dramatik bir artışa yol açar, bu da lazer gücünü sınırlar, aktif boşluk uzunluğundaki artışı kısıtlar ve sınırlı lazer çizgi genişliği sıkıştırmasına yol açar. Tipik DFB ve DBR lazerleri genellikle rezonans boşlukları olarak faz kaymalarına sahip, çip boyutları yüz mikronla sınırlı olan, rezonans boşlukları için küçük kalite faktörlerine sahip, düşük çıkış güçlerine ve lazer çizgi genişliklerine sahip tekdüze veya dağıtılmış geri beslemeli Bragg ızgara yapılarını kullanır. birkaç MHz'den onlarca MHz'e kadar değişir.
Dış Boşluklu Diyot Lazer (ECDL), kazanç sağlamak için aktif iç boşluk ve geri bildirim sağlamak için pasif dış boşluk olmak üzere iki kısma ayrılmıştır. Aktif kazanç ortamından yayılan ışık, düşük kayıplı pasif dış ortamdan geçtikten sonra kazanç ortamına geri beslenirken, düşük kayıplı pasif dış boşluğun eklenmesi sistemin foton ömrünü artırarak hat genişliğini daraltır. Dar hat genişlikli yarı iletken lazer dış boşluğunun, dar anlamda, yalnızca yansıtıcı yarı iletken optik amplifikatör (Yansıtıcı Yarı İletken) gibi harici boşluk yapısı olarak bilinen, rezonans olmayan boşluk için aktif boşluk olduğunda geniş bir kavram olduğu belirtilmelidir. Optik Amplifikatörün (RSOA) ön yüzeyi yansıtıcı filmden, arka yüzeyi ise yüksek geçirgenliğe sahip membrandan yapılmıştır (Uç yüzün yansıtıcılığı genellikle 10-3 ~10-5'tır).
Arka yüz optik geri bildirimi çok küçük olduğundan, boşluk optik salınım oluşturamaz, bu nedenle yalnızca boşluğun dışında yeterince yüksek bir optik geri bildirim sağlamak için boşluk içindeki lazer ışık yolu gidiş-dönüş işlemindeki optik kazanç daha yüksektir uyarmayı oluşturmak için optik kayıptan daha fazlası; diğer bir durum, kendi kendine enjeksiyon yapısı olarak bilinen lazerin bağımsız uyarılması için aktif boşluktur, lazere enjekte edilen uzunlamasına modun belirli bir dalga boyunun seçilmesi, rekabet modunda uzunlamasına modun öncelikli olarak seçilmesiyle sonuçlanır. rezonans, öncelik doygunluğuna ulaşıldığında aktif bölgedeki kazanç profilinin azalmasına neden olur. Bununla birlikte, her ikisi de, lazer boşluğu uzunluğunu uzatarak ve seçilen lazer frekansını dar bantlı bir geri besleme elemanı yoluyla rezonans boşluğuna enjekte ederek rezonans boşluğunun çıkış frekansına "kilitlenir" ve daha dar bir çizgi genişliği elde etmenin temel fikri, burada da aynıdır. Her iki durumda da.
Düzlemsel Işık Dalga Kılavuzu Çipi (PLC), harici boşluk geri beslemeli yarı iletken lazerlerde dar bant filtreleme ve optik geri besleme cihazları için daha çeşitli ve esnek seçenekler sunan fotonik entegrasyon teknolojisinin önemli bir uygulamasıdır. Yalıtkan Üzerindeki Silikon (SOI), Silikon Dioksit (SiO2) veya Silikon Nitrür (Si3N4) gibi düşük optik kayıplı silikon bazlı malzemeler üzerinde dalga kılavuzu, ızgara veya mikro halka yapıları üreterek ve ardından bunları III- ile birleştirerek ve entegre ederek. Mod-spot dönüştürücüler veya mikrolensler aracılığıyla V yarı iletken kazanç çipleri, RSOA'lar veya DFB'ler sayesinde PLC'ler, boşluk yoğunluğunu hesaba katarken boşluk içindeki fotonun fotonik yoğunluğunu geliştirebilir. III-V yarı iletken kazanç çipi, mod nokta dönüştürücüsü veya mikro mercekler aracılığıyla RSOA veya DFB ile birleştirme ve entegrasyon, boşluk foton yoğunluğunu hesaba katarken foton ömrünü artırabilir ve lazer çizgi genişliğini sıkıştırabilir. Ayrıca her ikisinin de yapıştırma işlemi ile aynı soğutucu üzerine sabitlenmesiyle yarı yekpare bir yapı oluşturularak cihazın boyutunun ve maliyetinin azaltılmasına yardımcı olunmaktadır.
Bay Chang Lin'in Pekin Üniversitesi'ndeki grubu, aktif kısmı bir DFB lazer olan ve pasif filtreleme kısmı 2,6 × 1{{ kalite faktörüne sahip bir Si3N4 mikro halkası olan, ultra dar hat genişlikli hibrit entegre dar hat genişlikli bir lazer gerçekleştirdi. 8}}8 ve düşük limitli silikon nitrür dalga kılavuzu yapısı, optik iletim kaybını 0,1 dB/m'ye düşürmüştür; bu, sonuçta Hz ölçekli bir hat genişliği çıkışı gerçekleştirir.
