体布拉格光栅（VBG）激光二极管是一种利用布拉格光栅来实现高光谱纯度和波长稳定的激光二极管。体布拉格光栅是一种透明介质，其折射率呈现周期性变化，为激光二极管提供窄线宽。它被用于泵浦一些固体激光器，其中激光晶体只在狭窄的波长范围内表现出有效的泵浦吸收。体布拉格光栅通常用于将高功率二极管激光器和固体激光器（如Nd:YAG激光器）的波长锁定在一个特定的波长。

激光二极管的波长可以通过与VBG一起使用而得到稳定。当VBG被添加到激光二极管中时，它会产生额外的光学反馈，导致激光在一个狭窄的光学带宽内发射，从而有效地设定VBG的输出波长，以达到所有的实际目的。如果没有反馈，由于温度的变化和激光二极管年龄的增加，可能会出现波长的变化。通过使用，总的光学带宽可以减少到一些纳米，这对固态激光器的泵浦是很有用的。

VBG激光二极管的结构

VBG激光二极管的结构通常由一个激光二极管、体布拉格光栅和准直透镜组成。图1描述了一个VBG激光二极管的结构。

激光二极管包含一个激光增益介质，通常是一种半导体材料，如GaAs或InP，形成于两个镜面之间。一个泵浦源，特别是一个高功率的激光二极管，在一个比所需输出波长更短的波长上发出的光，被用来激发激光增益介质。VBG被放置在激光腔的一端，它作为一个输出耦合器。VBG的端面是用抗反射涂层进行光学抛光的，以防止寄生反射，这是发生在激光器中的意外和不希望发生的振荡，导致噪音或不稳定。还有一个准直透镜来准直激光束。

VBG激光二极管的工作原理

当电流被施加到激光二极管和泵浦源时，它会激发激光增益介质并发射出波长为λ1, λ2, ...λN的宽光谱。激光穿过激光腔，用准直透镜聚焦，落在位于腔体一端的VBG上。这使得光栅可以作为输出耦合器，只将所需波长的激光反射回腔内，而允许所有其他波长的激光通过。这种选择性反射是由于VBG的周期性折射率调制，它作为一个波长选择性反射器发挥作用。因此，VBG在激光器中自带狭窄的光束，激光二极管被迫在布拉格光栅选择的这个特定波长上发光。因此，激光器只发射出一个波长λ1。这种激光通过输出窗口离开激光腔，该窗口对所需的输出波长是透明的。VBG激光二极管的工作原理如图2所示。

VBG激光二极管的优点

提高光谱稳定性
成本效益高，易于实施
冷却要求较低
改善发射特性 
提高泵浦效率
能够在高功率下运行 
不需要将光源耦合到光纤上
在较宽的温度范围和驱动电流下有稳定的泵浦效率
VGB激光二极管的劣势

复杂
额外的腔体光学元件增加了机械的精细性
 

VBG激光二极管的应用

VBG激光二极管在许多不同领域都有广泛的潜在应用。它们被用于材料加工和制造，需要高功率和高效的激光器来切割、焊接和退火各种材料。VBG激光二极管还可用于医疗应用，如激光手术或光动力疗法，其光谱稳定性和高功率输出可提高这些治疗的有效性和安全性。

这些激光二极管还可用于电信领域，其光谱稳定性和高效率可提高光通信系统的性能。它们还可以在娱乐领域找到用武之地，如激光灯表演，其产生高功率和稳定光束的能力可以创造出惊人的视觉效果。