外腔半导体激光器（External Cavity Diode Laser，ECDL）是一种通过引入外部光学反馈结构，显著改善激光性能的技术。它以其独特的窄线宽、高稳定性和波长可调谐等特性，成为了激光技术领域的明星。下面，我们将深入其核心技术、特点以及应用领域。
一、基本结构与原理
外腔半导体激光器主要由半导体增益芯片、外腔反馈元件和准直光学元件构成。其中，Littrow和Littman-Metcalf结构采用闪耀光栅作为频率选择元件，通过调整光栅角度实现波长的精细调谐。而猫眼式结构则利用自对准反射镜与透镜的组合，增强了机械稳定性，提升了反馈效率。
其工作原理在于，通过外部腔的频率选择性反馈，抑制了半导体增益芯片的相位噪声，从而压缩了激光的线宽。外腔的谐振模式与增益介质相互作用，产生了高相干性和波长稳定性的激光。
二、关键技术特点
外腔半导体激光器的特点在于其出色的窄线宽性能，典型线宽可达kHz量级，远优于传统半导体激光器的MHz量级。这种线宽压缩的实现依赖于外腔长度、反馈效率以及热稳定性的优化。
该激光器还具备强大的波长调谐能力，通过调整光栅或滤波器的角度，调谐范围可达数十纳米。结合电流和温度的控制，可以实现波长的精细调节。其高稳定性和抗干扰性，使得外腔半导体激光器在复杂环境中也能表现出优异的性能。
三、主要应用领域
外腔半导体激光器在多个领域都有广泛的应用。在精密测量与传感领域，它被广泛用于冷原子干涉、光学原子钟等量子技术，以及光纤传感、激光雷达等场景。在通信与信息处理领域，它的窄线宽和波长可调谐特性使其成为相干光通信系统的理想光源。它在光谱分析和工业加工领域也有重要的应用。
四、发展趋势
未来，外腔半导体激光器的发展将朝着集成化与小型化、多波长与可编程输出以及超窄线宽技术方向发展。通过硅光芯片等技术，实现外腔元件的集成，降低体积和成本。结合可调滤波器和多通道增益介质，拓展其应用场景。通过优化热管理和反馈控制算法，进一步压缩线宽至百Hz量级。
外腔半导体激光器凭借其在窄线宽、高稳定性和波长可调谐等方面的优势，已经成为了精密光学领域的关键工具，未来在量子技术、通信以及先进制造等领域将持续发挥重要作用。
