सैद्धांतिक रूप से, संकीर्ण लिनिविथ लेजर एक एकल आवृत्ति है, अर्थात, एकल अनुप्रस्थ मोड, एकल अनुदैर्ध्य मोड, जो केवल सुसंगत उत्तेजित विकिरण, इंट्राकैविटी वाहक वृद्धि और गिरावट, ऑप्टिकल चरण और फोटॉन द्वारा उत्पन्न आवृत्ति डोमेन में एकल वर्णक्रमीय लेजर आउटपुट के अनुरूप है। घनत्व एक स्थिर स्थिति में है, कम सापेक्ष तीव्रता शोर और कम आवृत्ति शोर आदि के साथ, और साथ ही, उत्तेजना तरंग दैर्ध्य में बहुत अधिक साइड-मोड दमन अनुपात होता है।
हालाँकि, व्यवहार में, सहज विकिरण के कारण जिसे सक्रिय क्षेत्र में समाप्त नहीं किया जा सकता है, चरण और तीव्रता के गड़बड़ी प्रभाव को उत्तेजित विकिरण मोड के भीतर पेश किया जाता है, जिससे लेजर आउटपुट सिग्नल आवृत्ति हमेशा गाऊसी सफेद शोर बन जाती है, जो एक आंतरिक लोरेंत्ज़ियन की ओर ले जाती है एकल लेजर आवृत्ति स्पेक्ट्रम की लाइन-प्रकार का चौड़ीकरण, और स्पेक्ट्रम पर लिफाफे की एक निश्चित चौड़ाई, और इस क्वांटम शोर का उतार-चढ़ाव लेजर लाइनविड्थ की निचली सीमा निर्धारित करता है। बाहरी वातावरण में यांत्रिक/ध्वनिक परिवर्तनों या थर्मल परिवर्तनों के कारण होने वाले बड़े उतार-चढ़ाव से यह छोटा उतार-चढ़ाव आसानी से छिप जाता है, जिसके परिणामस्वरूप लेजर लाइनविड्थ का निरंतर विस्तार होता है, और ये शास्त्रीय शोर प्रभाव लेजर लाइनविड्थ की ऊपरी सीमा निर्धारित करते हैं। लाइनविड्थ आवृत्ति डोमेन परिप्रेक्ष्य से आवृत्ति या चरण शोर का वर्णन करता है, और एक संकीर्ण लाइनविड्थ का मतलब कम लेजर आवृत्ति या चरण शोर है।
लाइनविड्थ लेजर के सहज विकिरण गुणांक और लाइनविड्थ प्रसार कारक के साथ सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध है; और लेजर की गुंजयमान गुहा की लंबाई और आउटपुट पावर के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध है। लेज़र की कैविटी की लंबाई जितनी अधिक होगी, इंट्राकैविटी हानि उतनी ही कम होगी, अंतिम परावर्तनशीलता जितनी अधिक होगी, फोटॉन का जीवनकाल उतना ही लंबा होगा; आउटपुट पावर जितनी अधिक होगी, स्वतःस्फूर्त विकिरण का अनुपात उतना ही कम होगा। इसलिए, कैविटी की लंबाई और शक्ति बढ़ाना एकल अनुदैर्ध्य मोड लेजर लाइन की चौड़ाई को संपीड़ित करने का एक प्रभावी तरीका है।
संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर आउटपुट का मूल आधार एकल अनुदैर्ध्य मोड आउटपुट प्राप्त करना है, संकीर्ण लाइनविड्थ अर्धचालक लेजर आमतौर पर गुंजयमान गुहा आवृत्ति चयन संरचना में एकीकृत होते हैं या एक विशिष्ट आवृत्ति पर ऑप्टिकल प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए गुहा के बाहर मोड चयन डिवाइस के साथ युग्मित होते हैं। , जब आवृत्ति चयन उपकरण की पासबैंड चौड़ाई अनुदैर्ध्य मोड रिक्ति से 2 गुना से कम है, तो आप विभिन्न अनुदैर्ध्य मोड के लाभ और हानि को प्रभावी ढंग से नियंत्रित कर सकते हैं, यह सुनिश्चित करने के लिए कि लेजर लाभ बैंडविड्थ केवल एक अनुदैर्ध्य के प्रभावी लाभ के भीतर है मोड उत्तेजना केवल लेजर के प्रभावी लाभ बैंडविड्थ के भीतर एक एकल अनुदैर्ध्य मोड के लिए प्राप्त की जाती है।
सक्रिय गुहा के अंदर और बाहर वितरित विभिन्न आवृत्ति चयन संरचनाओं के अनुसार, संकीर्ण लाइनविड्थ अर्धचालक लेजर को आम तौर पर आंतरिक गुहा प्रतिक्रिया प्रकार और बाहरी गुहा प्रतिक्रिया प्रकार लेजर में वर्गीकृत किया जाता है।
आंतरिक-गुहा फीडबैक संकीर्ण-लाइनविड्थ सेमीकंडक्टर लेजर आमतौर पर सक्रिय गुहा के अंदर ब्रैग ग्रेटिंग या विशेष वेवगाइड संरचनाओं को एकीकृत करते हैं, जैसे वितरित फीडबैक (डीएफबी) सेमीकंडक्टर लेजर, वितरित ब्रैग रिफ्ल एक्टर (डीबीआर) सेमीकंडक्टर लेजर, और युग्मित-गुहा सेमीकंडक्टर लेजर। डीएफबी, डीबीआर, और युग्मित-गुहा अर्धचालक लेजर। लंबी सक्रिय गुहाओं में वेवगाइड परत के डोपिंग से ऑप्टिकल हानि में नाटकीय वृद्धि होती है, जो लेजर शक्ति को सीमित करती है, सक्रिय गुहा की लंबाई में वृद्धि को रोकती है, और सीमित लेजर लाइनविड्थ संपीड़न की ओर ले जाती है। विशिष्ट डीएफबी और डीबीआर लेज़र आमतौर पर गुंजयमान गुहाओं के रूप में चरण बदलाव के साथ एकसमान या वितरित फीडबैक ब्रैग ग्रेटिंग संरचनाओं का उपयोग करते हैं, जिसमें चिप का आकार सौ माइक्रोन के क्रम तक सीमित होता है, गुंजयमान गुहाओं के लिए छोटे गुणवत्ता कारक, कम आउटपुट शक्तियां और लेजर लाइनविड्थ होते हैं। कुछ मेगाहर्ट्ज से लेकर दसियों मेगाहर्ट्ज तक की रेंज।
एक्सटर्नल कैविटी डायोड लेजर (ईसीडीएल) को दो भागों में विभाजित किया गया है, यानी, लाभ प्रदान करने के लिए सक्रिय आंतरिक गुहा और फीडबैक प्रदान करने के लिए निष्क्रिय बाहरी गुहा। सक्रिय लाभ माध्यम से उत्सर्जित प्रकाश को कम-नुकसान वाले निष्क्रिय बाहरी माध्यम से गुजरने के बाद वापस लाभ माध्यम में भेज दिया जाता है, जबकि कम-नुकसान वाले निष्क्रिय बाहरी गुहा की शुरूआत से सिस्टम का फोटॉन जीवनकाल बढ़ जाता है, जिससे लाइनविड्थ कम हो जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि संकीर्ण लिनिविथ सेमीकंडक्टर लेजर बाहरी गुहा एक व्यापक अवधारणा है, सख्त अर्थ में, केवल जब गैर-गुंजयमान गुहा के लिए सक्रिय गुहा, जिसे बाहरी गुहा संरचना के रूप में जाना जाता है, जैसे कि परावर्तक अर्धचालक ऑप्टिकल एम्पलीफायर (परावर्तक अर्धचालक) ऑप्टिकल एम्प्लीफायर (आरएसओए) की सामने की सतह परावर्तक फिल्म से बनी होती है, उच्च संप्रेषण झिल्ली के उत्पादन की पिछली सतह (अंत चेहरे की परावर्तनशीलता आम तौर पर 10-3 ~10-5 होती है)।
चूंकि पिछला चेहरा ऑप्टिकल फीडबैक बहुत छोटा है, गुहा ऑप्टिकल दोलन नहीं बना सकता है, इसलिए केवल गुहा के बाहर पर्याप्त उच्च ऑप्टिकल प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए, ताकि गुहा के अंदर लेजर प्रकाश पथ राउंड-ट्रिप प्रक्रिया में ऑप्टिकल लाभ अधिक हो उत्तेजना बनाने के लिए ऑप्टिकल हानि की तुलना में; एक अन्य स्थिति लेजर के स्वतंत्र उत्तेजना के लिए सक्रिय गुहा है, जिसे स्व-इंजेक्शन संरचना के रूप में जाना जाता है, लेजर में इंजेक्ट किए गए अनुदैर्ध्य मोड की एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य का चयन, जिसके परिणामस्वरूप प्राथमिकता में प्रतिस्पर्धा के मोड में अनुदैर्ध्य मोड होता है प्रतिध्वनि, प्राथमिकता संतृप्ति तक पहुँच जाती है, जिससे सक्रिय क्षेत्र में लाभ प्रोफ़ाइल कम हो जाती है। हालाँकि, दोनों को लेज़र कैविटी की लंबाई बढ़ाकर और एक नैरोबैंड फीडबैक तत्व के माध्यम से गुंजयमान गुहा में चयनित लेज़र आवृत्ति को इंजेक्ट करके गुंजयमान गुहा की आउटपुट आवृत्ति को "लॉक" किया जाता है, और एक संकीर्ण लाइनविड्थ प्राप्त करने का मूल विचार समान है दोनों घटनायें।
प्लानर लाइट वेवगाइड चिप (पीएलसी) फोटोनिक एकीकरण तकनीक का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है, जो बाहरी कैविटी फीडबैक सेमीकंडक्टर लेजर में नैरोबैंड फ़िल्टरिंग और ऑप्टिकल फीडबैक उपकरणों के लिए अधिक विविध और लचीले विकल्प प्रदान करता है। कम ऑप्टिकल हानि वाले सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों, जैसे सिलिकॉन ऑन इंसुलेटर (एसओआई), सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) या सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4) पर वेवगाइड, ग्रेटिंग या माइक्रो-रिंग संरचनाओं का निर्माण करके, और फिर उन्हें III- के साथ युग्मन और एकीकृत करके। वी सेमीकंडक्टर गेन चिप्स, आरएसओए या डीएफबी मोड-स्पॉट ट्रांसड्यूसर या माइक्रोलेंस के माध्यम से, पीएलसी कैविटी घनत्व को ध्यान में रखते हुए कैविटी के अंदर फोटॉन के फोटोनिक घनत्व में सुधार कर सकते हैं। मोड स्पॉट कनवर्टर या माइक्रोलेंस के माध्यम से III-V सेमीकंडक्टर गेनर चिप, आरएसओए या डीएफबी के साथ युग्मन और एकीकरण फोटॉन जीवनकाल में सुधार कर सकता है और कैविटी फोटॉन घनत्व को ध्यान में रखते हुए लेजर लाइनविड्थ को संपीड़ित कर सकता है। इसके अलावा, बॉन्डिंग प्रक्रिया के माध्यम से दोनों को एक ही हीट सिंक पर फिक्स करके एक अर्ध-अखंड संरचना बनाई जा सकती है, जो डिवाइस के आकार और लागत को कम करने में मदद करती है।
पेकिंग विश्वविद्यालय में श्री चांग लिन के समूह ने एक अल्ट्रा-संकीर्ण लिनिविथ हाइब्रिड एकीकृत संकीर्ण लिनिविथ लेजर का एहसास किया है, जिसमें सक्रिय भाग डीएफबी लेजर है, निष्क्रिय फ़िल्टरिंग भाग 2.6 × 1 के गुणवत्ता कारक के साथ Si3N4 माइक्रो-रिंग है। 8}}8, और कम-सीमा वाली सिलिकॉन नाइट्राइड वेवगाइड संरचना ने ऑप्टिकल ट्रांसमिशन हानि को 0.1 डीबी/एम तक कम कर दिया है, जो अंततः एक हर्ट्ज-स्केल लाइनविड्थ आउटपुट का एहसास कराता है।
