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光栅反馈外腔半导体激光器(External-Cavity Diode Lasers,ECDL)的工作特性如线宽窄、连续调谐范围宽、输出稳定等是其应用在实验和工程领域的关键要素,研究这些特性对ECDL结构的设计和优化具有重要的指导意义。本文主要基于Littrow型外腔结构,对ECDL输出模结构、线宽、模稳定性、调谐等特性开展研究。(1)构建了不同于已有研究的Littrow型ECDL输出模结构的数学模型,基于该模型分析了结构参数对ECDL输出模结构的影响。(2)分析了半导体激光器(Diode Lasers,LD)输出端面反射率对ECDL阈值电流和输出模结构的影响。研究表明,LD输出端面镀膜减小反射率能够减小LD法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)腔对ECDL输出模的影响,但对ECDL的阈值电流影响很小。(3)研究了ECDL动态模稳定的特性。传统的研究简化了外腔结构,使光栅面与转臂处于同一平面上。本文提出更一般的外腔结构,即光栅面与转臂两者不共面的结构,分析了该结构下结构参数对动态模稳定性的影响。此外,本文还提出一类具有结构紧凑、装配简单等特点的光栅-平面镜结构的外腔,分析表明,该结构外腔的输出光束方向能够保持不变,并且当光栅与平面镜初始间距为2.7mm时,连续调谐范围为4.3nm,调谐引起输出光束的横向位移仅为9.7μm。(4)分析了外腔半导体激光器(阵列)输出线宽的特性。着重关注了反馈耦合效率对ECDL输出线宽的影响,基于模场耦合理论推导了反馈耦合效率,分析结果表明,耦合效率受准直透镜的位置误差的影响,当透镜在距离LD输出端面0317.051.4?mm,透镜在光轴方向倾斜31.5??时,输出线宽近似不变。此外,推导了外腔半导体激光器阵列(External-Cavity Diode Lasers Arrays,ECDLA)输出线宽的表达式,分析了半导体激光器阵列自身的Smile效应对ECDLA输出线宽的影响,探讨了通过倾斜的平凸柱面透镜减小“抛物线”型Smile效应的方法,并通过Zemax软件进行仿真,其仿真结果与已有的文献结果是可比拟的。