Е.А. ВОРОНЦОВА Научный руководитель – А.К. ЧЕРНЫШОВ ОТРАЖАТЕЛЯМИ ДЛЯ ГАЗОАНАЛИЗА

Е.А. ВОРОНЦОВА
Научный руководитель – А.К. ЧЕРНЫШОВ
Самарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН
MQW ДИОДНЫЙ ЛАЗЕР С ДВУМЯ ВНЕШНИМИ
ОТРАЖАТЕЛЯМИ ДЛЯ ГАЗОАНАЛИЗА
Предложена схема короткого внешнего резонатора, образованного двумя тонкими покровными стеклами и выходной гранью излучателя, позволяющая обеспечить одномодовую генерацию, несмотря на широкий контур оптического усиления. С помощью MQW диодного лазера с тандемным внешним резонатором выполнена спектроскопия паров воды вблизи 829 нм.
Благодаря появлению перестраиваемых по частоте лазеров в газоанализе достигнута разрешающая способность, определяемая уширением
спектральных линий вещества, и осуществлено детектирование с чувствительностью ограниченной дробовыми шумами. В качестве источников
когерентного излучения в газоанализаторах удобно использовать диодные
лазеры (ДЛ). Это обусловлено тем, что ДЛ позволяют осуществлять спектральную перестройку и модуляцию оптической частоты через изменение
тока накачки. В результате отпадает потребность в оптических модуляторах.
Для перекрытия максимального спектрального интервала необходимы
излучатели с большой шириной контура оптического усиления, в пределах которого возможна перестройка лазерной частоты. С этой точки зрения перспективны диодные лазеры с несколькими квантовыми ямами
(MQW) в активной области. Типичные значения ширины контура оптического усиления МQW-лазеров достигают 100 нм [1], в то время как у ДЛ с
объемной активной областью этот параметр составляет около 25 нм. Однако широкий контур оптического усиления способствует одновременной
генерации излучателем нескольких продольных мод, что затрудняет интерпретацию спектров поглощения.
Методом устранения многомодовой генерации ДЛ, который сохраняет
компактность, механическую стабильность и простоту эксплуатации, является установка тонкой стеклянной пластинки вблизи выходной грани
излучателя [2]. Пластинка формирует совместно с выходной лазерной
гранью низкодобротный интерферометр, который эффективно прореживает спектр продольных мод ДЛ за счет конкуренции по усилению. Для
селекции мод вдоль широкой полосы оптического усиления МQWлазеров стеклянная пластинка должна располагаться
Рис. 1. Спектр Н2О: DAS – прямая абсорбционная спектроскопия; WMS – спектроскопия с модуляцией длины волны; FP – резонансы контрольного интерферометра Фабри-Перо (FSR=1,5 ГГц). Линия 1 (12053,3691 см-1) соответствует
переходу 2,1,1 (32,2)0,0,0 (42,3). Величина непрерывной токовой перестройки
диодного лазера между линиями 1 и 4 составляет 1,7 см-1
слишком близко к выходной грани лазерного кристалла, что вызывает
опасность повреждения излучателя. В качестве альтернативы вблизи выходной грани MQW-лазера были размещены две тонкие (160 мкм) покровные стеклянные пластинки. В результате получилась система из двух
внешних интерферометров с приблизительно равными длинами, что эквивалентно очень тонкому интерферометру, который обеспечивает выделение единственной лазерной моды в широком спектральном интервале.
При этом из-за низкой добротности внешних интерферометров диапазон
непрерывной токовой перестройки лазера практически не ограничивается.
В качестве демонстрации эффективности предложенного подхода с помощью МQW-лазера (Roithner Lasertechnik ELD83NPT50) с двумя внешними отражателями прописаны линии поглощения паров воды около
829 нм (рис. 1).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12-0231900 мол_а) и поддержке УНК ФИАН.
Список литературы
1. Kwon O., Kim K., Sim E.D., Kim J.H., et. al. Asymmetric multiple-quantum-well laser
diodes with wide and flat gain. // Opt. Lett, 2003. V.28. №22. P.2189-2191.
2. Zybin A., Niemax K. Improvement of the wavelength tenability of etalon-type laser diodes
and mode recognition and stabilization in diode laser spectrometers // Spectrochimica Acta Part B,
1997. V.52. P.1215-1221.