随着大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能、人机交互为代表的信息时代到来，人类对信息传输、处理和感知的容量、速度、距离、灵敏度和分辨率提出了前所未有的迫切需求。基于相干探测原理的光纤通信、激光通信、分布式光纤传感和调频连续波激光雷达等渐进入涉及国计民生信息传输处理感知的方方面面。窄线宽激光器是相干探测系统中少有的核心有源器件，且激光器线宽决定相干探测系统的诸多性能。上述应用领域不仅要求激光器线宽窄，而且要求其尺寸小、能耗低、重量轻、成本低，波导外腔窄线宽半导体激光器是满足上述诸多应用的最佳选择，也是近10年来激光器研究领域的一大热点。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所III-V信息光电子科研团队近年来一直致力于波导外腔窄线宽半导体激光器研究。本文中，该团队全面综述了该类激光器的研究现状和发展趋势，指出研发波导外腔窄线宽半导体激光器的必要性及其应用场景；从绝热啁啾理论和外腔激光器等效模型出发，推导出激光器线宽的主要影响因素；进一步以波导外腔为研究对象，重点阐述了各种低损耗波导在实现该类激光器性能方面的利弊之处；在此基础上，以波导外腔和增益区的集成方式为主题，重点阐述了对接混合集成和异质集成方式的优缺点和上述两类波导外腔窄线宽半导体激光器的研究发展现状；最后，我们点评了基于上述两种集成方式实现的波导外腔窄线宽半导体激光器在满足上述需求应用方面的利弊之处，进而得出结论：单片集成波导外腔窄线宽半导体激光器是满足上述各类应用的最佳选择，这也是我们团队一直开展的研究方向。此外，我们认为频率稳定性差是当前该类激光器的一大弊端，解决这一问题成为该类激光器应用于传感领域的当务之急。高功率输出、大范围线性调谐是该类激光器的未来发展方向，多频段混合激光系统以及与其他单元器件的集成值得关注。

图1. 对接耦合混合集成半导体激光器的本征线宽发展路线图。

表1. 由UCSB（异质集成激光器国际主要研究机构）制造的异质集成激光器的性能。

注：缩写MRR为微环谐振腔Microring、缩写LR为Loop Mirror.

Waveguide external cavity narrow linewidth semiconductor lasers

Chanchan Luo, Ruiying Zhang, Bocang Qiu, Wei Wang

J. Semicond. 2021, 42(4): 041308

doi: 10.1088/1674-4926/42/4/041308

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/4/041308?pageType=en