量子级联激光器制造技术

本发明专利技术提供了一种量子级联激光器，该量子级联激光器包括：阶梯热沉，其壁面上开有若干个阶梯平面；单管量子级联激光器，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上；非球面透镜，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于单管量子级联激光器的前端；以及反射镜，其固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于非球面透镜的前端。本发明专利技术解决了量子级联激光器散热问题，并且利用外腔光谱合束的形式保证光束质量，从而提供了切实可行的高效量子级联激光器合束方法。

【技术实现步骤摘要】
量子级联激光器
本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种量子级联激光器。
技术介绍
量子级联激光器是根据量子力学能级理论(如双声子共振、束缚到连续等)设计的半导体激光器，电子是从子带到子带跃迁发光。与传统的半导体激光器不同，量子级联激光器的有源区是由一系列周期性变化的薄膜构成的阱垒对构成，这些周期性变化薄膜阱垒对的厚度决定量子级联激光器的激射波长，量子级联激光器的激射波长已经实现了从中红外(MIR)到太赫兹(THZ)波段的宽的波长覆盖。自1994年诞生以来，由于其高可靠性、小体积以及高转化效率，量子级联激光器在气体探测，自由空间光通信、军事制导和生命医疗等领域具有重要的应用意义。在红外对抗领域，目前所用的红外导引头探测的波长大多数3～5μm，量子级联激光器的波长可以完全覆盖红外导引头的探测器。定向红外干扰对红外引导头的干扰、致眩以及毁坏取决于照射到引导头上的激光功率。目前来说量子级联激光器的单管输出功率有限，为突破单管量子级联激光器的输出光功率极限，在实际应用中有必要采用光束合成技术提高输出功率。国际上已经有采用合束方法包括相干合束和非相干合束两种。相干合束的光束质量好，如迈克尔逊腔合束[Bloom，Guillaume，etal.Opticsletters35.11(2010)：1917-1919.]、达曼光栅合束[Bloom，Guillaume，etal.Opticsletters36.19(2011)：3810-3812.]，但是效率很低，不能提高光功率。非相干合束主要使用量子级联激光器Bar条的外腔光谱合束[Lee，BenjaminG.，etal.OpticsExpress17.18(2009)：16216-16224.]，这种方法可以保证合束后的光束质量和单管器件相同，但是不能解决Bar条本身的热效应，毕竟量子及级联激光器不同于普通的半导体激光器，它的电光转化效率只有～10％，热效应非常显著。如果能借鉴普通半导体激光器中单管器件空间合束的方法，首先解决量子级联激光器的散热问题，然后在利用外腔光谱合束的形式保证光束质量，从而提供一种切实可行的高效量子级联激光器合束方法。利用空间合束结合光栅外腔合束的方法可以使量子级联激光器合束效率在70-80％之间，而且能保证输出的光是同轴的，这在红外对抗方面会有重要的应用价值。此种方法类似于单色仪分光的逆过程，多个量子级联激光器管芯空间合束后，以不同的入射角入射到衍射光栅上，经过输出镜的反馈以相同的衍射角输出，根据光路可逆原理光栅衍射的光会二次对激光芯片进行调制，形成具有一定波长间隔的、方向相同的复色红外光。此种方法的好处是能够保持单个管芯的光束质量，同时能够实现较高的功率输出。
技术实现思路
为克服现有量子级联激光器的单管输出功率有限的问题，本专利技术提供了一种量子级联激光器。本专利技术实施例量子级联激光器包括：阶梯热沉，其壁面上开有若干个阶梯平面；单管量子级联激光器，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上；非球面透镜，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于单管量子级联激光器的前端；以及反射镜，其固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于非球面透镜的前端。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器还包括：外腔体，其与所述量子级联激光器机体上的腔体连接口相互固定安装；外腔镜，其安装在所述外腔体的内部，与所述外腔体内壁面的前端相互固定。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器中，外腔镜为具有反射率的平行平板；所述平行平板的反射率值在30％到50％之间。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器还包括：半波片，安装在外腔体的内部，与所述外腔体内壁面的后端相互固定；衍射光栅，安装在外腔体的内部，其与外腔体的内壁面相互固定，其位于所述半波片与外腔镜之间。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器中，所述衍射光栅为闪耀光栅。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器在工作过程中：单管量子级联激光器发出的光束，经过非球面透镜的准直，入射到反射镜后从腔体连接口射出，反射镜射出的光束，形成平行等距的组合光束；从腔体连接口射出的组合光束，入射到外腔体中的半波片，所述半波片使其偏振方向旋转90度后射出；波长相同的组合光束以相近的角度入射到衍射光栅，从衍射光栅射出的组合光束，入射到外腔镜，部分组合光束穿过外腔镜后射出，另一部分光束被外腔镜反馈；被外腔镜反馈的部分反馈光束，经过衍射光栅、半波片、反射镜与非球面透镜，原路返回到各自的单管量子级联激光器的腔体内；单管量子级联激光器发出具有与注入反馈相同波长的光束；光束经过非球面透镜、反射镜、半波片与衍射光栅后入射外腔镜，部分光束被反馈，从原路返回，另一部分穿过外腔镜后射出。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器中，所述单管量子级联激光器的管芯烧结在次级热沉上；该次级热沉焊接在热沉座上，该热沉座固定在阶梯热沉上。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器中，所述单管量子级联激光器的波长为3.8～12μm。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器中，所述单管量子级联激光器的前腔面上，安装有反射率低于10％的减反膜，所述单管量子级联激光器的横模为基模。优选地，本专利技术实施例量子级联激光器中，所述反射镜为镀了金的增反膜，所述增反膜的反射率大于95％，所述非球面透镜的数值孔径NA＞0.5。从上述技术方案可以看出，本专利技术量子级联激光器至少具有以下有益效果其中之一：(1)解决了量子级联激光器散热问题，并且利用外腔光谱合束的形式保证光束质量，从而提供了切实可行的高效量子级联激光器合束方法；(2)利用空间合束结合光栅外腔合束的方法，使量子级联激光器合束效率在70-80％之间，而且能保证输出的光是同轴的，这在红外对抗方面会有重要的应用价值；(3)多个量子级联激光器管芯空间合束后，以不同的入射角入射到衍射光栅上，经过输出镜的反馈以相同的衍射角输出，根据光路可逆原理光栅衍射的光会二次对激光芯片进行调制，形成具有一定波长间隔的、方向相同的复色红外光。此种方法的好处是能够保持单个管芯的光束质量，同时能够实现较高的功率输出。附图说明图1为本专利技术第一实施例量子级联激光器机体的内部结构示意图。图2为本专利技术图1所示量子级联激光器外腔合束工作示意图。图3为本专利技术第二实施例量子级联激光器进行空间合束与外腔合束工作的示意图。图4为本专利技术第二实施例量子级联激光器中光束外腔耦合前后的光斑相对位置随CCD距离的变化情况图。其中，a图是光束经过空间合束，而没有安装外腔镜和闪耀光栅时，CCD在距离量子级联激光器0，100，200，300，400，500mm的位置测到的光斑相对情况。b图是光束经过闪耀光栅和外腔镜时，CCD在距离量子级联激光器0，100，200，300，400，500mm的位置测到的光斑情况。【本专利技术主要元件符号说明】1-量子级联激光器；2-阶梯热沉；3-单管量子级联激光器；4-非球面透镜；5-反射镜；6-阶梯平面；7-闪耀光栅；8-热沉座；9-半波片；10-外腔体；11-腔体连接口；12-衍射光栅；13-外腔镜；14-平行平板；15-前腔面；16-减反膜；17-管芯；18-次级热沉；19-增反膜。具体实施方式本专利技术致力于解决单管量子级联激光器的功率有限的问题，通过空间合束和外腔合束的方法提高量子级联激光器功率。为使本专利技术的目的、技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子级联激光器，其特征在于，包括：阶梯热沉，其壁面上开有若干个阶梯平面；单管量子级联激光器，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上；非球面透镜，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于单管量子级联激光器的前端；以及反射镜，其固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于非球面透镜的前端。

【技术特征摘要】
1.一种量子级联激光器，其特征在于，包括：阶梯热沉，其壁面上开有若干个阶梯平面；单管量子级联激光器，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上；非球面透镜，固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于单管量子级联激光器的前端；以及反射镜，其固定安装在所述阶梯热沉的阶梯平面上，位于非球面透镜的前端。2.根据权利要求1所述的量子级联激光器，其特征在于，还包括：外腔体，其与所述量子级联激光器机体上的腔体连接口相互固定安装；外腔镜，其安装在所述外腔体的内部，与所述外腔体内壁面的前端相互固定。3.根据权利要求2所述的量子级联激光器，其特征在于：所述的外腔镜为具有反射率的平行平板；所述平行平板的反射率值在30％到50％之间。4.根据权利要求2所述的量子级联激光器，其特征在于，还包括：半波片，安装在外腔体的内部，与所述外腔体内壁面的后端相互固定；衍射光栅，安装在外腔体的内部，其与外腔体的内壁面相互固定，其位于所述半波片与外腔镜之间。5.根据权利要求4所述的量子级联激光器，其特征在于，所述衍射光栅为闪耀光栅。6.根据权利要求5所述量子级联激光器，其特征在于，在工作过程中：单管量子级联激光器发出的光束，经过非球面透镜的准直，入射到反射镜后从腔体连接口射出，反射镜射出的光束，形成平行等距的组合光束；从腔体连接口射...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵越，张锦川，贾志伟，周予虹，刘峰奇，刘俊岐，王占国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11