單頻窄線寬可見光及近可見光半導體激光源是光學原子鐘、相干光通信與傳感、集成光頻梳、汽車導航系統和高分辨率光譜學等領域的核心光學器件。為滿足低成本和小型化需求，去年國外學者提出了將分布式反饋(DFB)激光自注入鎖定(SIL)技術與微環外腔諧振倍頻(SHG)技術相結合的新方案。但是，微環腔相對低的品質因子(Q)不利于壓窄線寬，為高效倍頻采取的雙諧振設計難以實現連續調頻，且已知最高的SIL-SHG輸出功率也僅有約2mW，極大制約了其在各領域的有效應用。

近期為克服上述限制，中國科學院蘇州納米所半導體顯示材料與芯片重點實驗室的梁偉研究員團隊首次提出采用高Q值法布里-珀羅(FP)微腔取代現有微環波導腔，在自注入鎖定狀態下實現了高達20.7mW的532nm倍頻激光輸出。其功率比前述國外研究提高了一個數量級，所得26.2%轉換效率和56.5M品質因子皆超過了所有已知的SIL-SHG實驗結果。并利用腔內非線性晶體的自然雙折射效應來提供SIL反饋，1064nm泵浦激光和532nm倍頻激光的本征線寬分別可達30Hz和120Hz。所用FP微腔體積0.12mL，該激光系統的整體封裝尺寸為17.7mL。雖然當前使用商業量產型腔鏡搭建的FP倍頻腔僅能在雙諧振條件下工作，但是未來通過消除腔鏡的倍頻光殘余反射率，令泵浦光單波長諧振，即有望實現高Q值FP腔SIL-SHG新設計的連續調頻，服務于更廣泛的應用場景。

圖1. 超窄線寬FP外腔倍頻532nm半導體激光系統：(a) 實驗裝置的結構示意圖；(b) 自注入鎖定機制中1064nm泵浦激光偏振方向的變化；(c) 實驗裝置的實物照片

上述研究成果以Self-injection-locked second-harmonic generation at 532 nm in high-Q Fabry-Perot micro-cavities為題發表在Optics & Laser Technology上（請點擊“閱讀原文”查看論文）。論文第一作者為中國科學院蘇州納米所博士后張佳樂，通訊作者為梁偉研究員。該工作得到了中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃、科技部重大項目和國家自然科學基金的支持。

文章來源：中國科學院蘇州納米所

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