多波段覆盖，线宽窄，可调谐范围宽
半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器，一般用N型或P型半导体单晶（如GaAs,InAs,InSb等）做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励。高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。在半导体激光器件中，性能较好，应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器[1]。
外腔半导体激光器（External Cavity Diode Laser，ECDL）是一种基于激光二极管芯片的二极管激光器，该激光器集成到一个较大的激光谐振腔中，还包含其他光学元件。二极管芯片通常有一端的防反射镀膜，而激光谐振腔由高反射镀膜、一个准直透镜(或单独的快轴和慢轴光束准直镜)和一个外镜组成，如图1所示。
图1. ECDL结构示意图。半导体激光芯片一端为高反膜，另一端为增透膜，激光谐振腔拓展到右侧的输出耦合器位置。
外腔激光器引入了各种新的特性:
l 光学带通滤波器可用于确定发射波长和减小发射线宽。例如，可以使用衍射光栅或体积布拉格光栅(VBG，也称为体积全息光栅)来获得固定波长的窄线宽激光器。
l 波长调谐是可能的包括一些可调光带通滤波器作为调谐元件。通常，衍射光栅用于此目的。另一种可能是使用带宽稍大一些的波长选择器，并在其范围内调整发射波长，例如通过改变激光二极管的驱动电流。
l 与标准激光二极管相比，更长的谐振腔增加了谐振腔的自由光谱范围（free spectral range， FSR），从而允许更低的相位噪声和更小的发射线宽(在单频工作)。像衍射光栅这样的内腔滤波器可以进一步减小线宽。典型的外腔二极管激光器线宽在1兆赫兹以下。
利用一个衍射光栅作为放置在谐振腔内的波长选择元件，可以构成一个可调谐外腔半导体激光器[2]。典型的可调谐半导体激光器的结构如图2所示。
图2. 可调谐半导体激光器。a）Littrow结构；b）Littman-Metcalf结构。
常见的Littrow结构[3](见图2a)包含一个准直透镜和衍射光栅作为端镜。一阶衍射光束向激光二极管芯片提供光反馈，该半导体芯片在其右侧具有防反射涂层。发射波长可以通过旋转衍射光栅来调节。缺点是，这也改变了输出光束的方向，这是不方便的许多应用。
在Littman-Metcalf结构[4](图2b)中，光栅方向固定，并使用一个附加的镜子将一阶光束反射回激光二极管。可以通过旋转镜子来调节波长。这种结构提供了一个固定的输出光束方向，而且由于波长选择性更强，往往表现出更小的线宽。(波长相关的衍射发生两次，而不是每次谐振器往返一次。)缺点是调谐镜反射的光束零级反射丢失，因此输出功率低于Littrow激光器。
澳门沙金官方网站量子半导体激光器,利用littrow结构，结合特殊设计优化的驱动系统，包含电流驱动、温度控制、电流调制与频率扫描模块，可实现高功率、单纵模、窄线宽、宽光谱可调谐的激光输出，可以实现输出激光的频率锁定（例如将频率锁定在Rb原子的吸收谱线位置）。在原子四波混频、原子分子激光光谱学、精密测量和量子光学等领域具有广泛的应用前景。
[1] H. Edmonds and A. Smith, “Second-harmonic generation with the GaAs laser”, IEEE J. Quantum Electron. 6 (6), 356 (1970),
[2] P. Zorabedian, “Tunable external-cavity semiconductor lasers”, in F. J. Duarte (ed.), Tunable Lasers, p. 349 (Academic Press, London, 1995)
[3] C. J. Hawthorn et al., “Littrow configuration tunable external cavity diode laser with fixed direction output beam”, Rev. Sci. Instrum. 72 (12), 4477 (2001)
[4] K. Liu and M. G. Littman, “Novel geometry for single-mode scanning of tunable lasers”, Opt. Lett. 6 (3), 117 (1981), doi:10.1364/OL.6.000117
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