單頻窄線寬可見光及近可見光半導(dǎo)體激光源是光學(xué)原子鐘、相干光通信與傳感、集成光頻梳、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和高分辨率光譜學(xué)等領(lǐng)域的核心光學(xué)器件。為滿足低成本和小型化需求，去年國外學(xué)者提出了將分布式反饋(DFB)激光自注入鎖定(SIL)技術(shù)與微環(huán)外腔諧振倍頻(SHG)技術(shù)相結(jié)合的新方案。但是，微環(huán)腔相對低的品質(zhì)因子(Q)不利于壓窄線寬，為高效倍頻采取的雙諧振設(shè)計難以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)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(lǐng)域的有效應(yīng)用。

近期為克服上述限制，中國科學(xué)院蘇州納米所半導(dǎo)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(xiàn)有微環(huán)波導(dǎo)腔，在自注入鎖定狀態(tài)下實現(xiàn)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(shù)量級，所得26.2%轉(zhuǎn)換效率和56.5M品質(zhì)因子皆超過了所有已知的SIL-SHG實驗結(jié)果。并利用腔內(nèi)非線性晶體的自然雙折射效應(yīng)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(tǒng)的整體封裝尺寸為17.7mL。雖然當(dāng)前使用商業(yè)量產(chǎn)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(xiàn)高Q值FP腔SIL-SHG新設(shè)計的連續(xù)調(diào)頻，服務(wù)于更廣泛的應(yīng)用場景。

圖1. 超窄線寬FP外腔倍頻532nm半導(dǎo)體激光系統(tǒng)：(a) 實驗裝置的結(jié)構(gòu)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(fā)表在Optics & Laser Technology上。論文第一作者為中國科學(xué)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(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃、科技部重大項目和國家自然科學(xué)基金的支持。