一种波长连续可调谐单纵模半导体激光器。该半导体激光器，由电致发光芯部分、腔内光束整形部分、谐振腔部分和腔内插入纵模压缩光栅与光栅角度调节选模输出四个部分组成。该激光器可以为光谱分析、光学测量、成分分析等应用提供必须的分析级标准光源。该波长连续可调谐的单纵模半导体激光器可输出630～640nm范围任意波长的单纵模激光，纵模线宽均小于300kHz，输出波长在选取的630～640nm内某一中心波长±0.5nm范围可连续调谐输出，波长调谐步进精度在0.1nm～10‑5nm之间任意精度可选，激光输出功率大于5mW，激光输出口径为2×2mm，快慢轴两方向发散角均小于1.5mrad。
【技术实现步骤摘要】
波长连续可调谐单纵模半导体激光器
本技术涉及半导体激光器，具体是涉及一种可用于光谱分析、光学测量、成分分析等的波长连续可调谐单纵模半导体激光器。
技术介绍
波长连续可调谐的单纵模激光器在光谱分析、光学测量、成分分析等领域均有广泛应用。随着分析测试技术的迅速发展，采用波长可调谐激光光源作为光学检测、光谱分析以及成分分析等系统测试光源，开展定量的光学分析越来越受到人们的关注。近年来，国内外对于如何利用半导体激光获得可调谐的单纵模激光输出的研究正在成为激光领域热点研究课题之一，从而实现在光学测试与成分分析等系统中获得稳定、耐用且成本可控的标准光源。在各种光学测试，光谱分析和成分分析中大量需要单面纵模输出的标准激光光源，而近年来随着光学测试分析领域的研究与应用中定量分析测试要求越来越多，要求测试精度与成分分析精度越来越高，随之而来要求单纵模基准光源纵模线宽越来越窄，而且要求输出波长精密可调谐。而且随着半导体激光器的飞速发展，测试分析光源采用稳定耐用的半导体光源更是现在的发展趋势。单纵模激光器输出线宽变窄，输出波长连续可调，再同时采用半导体电致激光发射芯给本来就不太成熟的单纵模激光光源带来的一系列的新问题。如线宽如何变窄，连续可调谐输出波长精度如何提高，采用半导体激光芯后，输出横模参数如何控制等问题。对上述诸多问题的研究与相关产品开发国内外仅有几家单位在开展，如美国的NewFoucs公司、瑞士的贝克汉姆公司等。但是都只是解决了一两个问题，而不能全面解决上述问题。如何采用半导体激光芯实现波长连续可调谐的单纵模激光输出，同时实现良好的横模参数输出成为了近年来研究者急需解决的光学测试、分析中的关键难题之一，而对于这方面的研究却少见相关报道。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种波长连续可调谐单纵模半导体激光器。该激光器可为光谱分析、光学测量、成分分析等应用提供必须的分析级标准光源。该激光器可输出630～640nm范围任意波长的单纵模激光，纵模线宽均小于300kHz，输出波长在选取的630～640nm内某一中心波长±0.5nm范围可连续调谐输出，波长调谐步进精度在0.1nm～10-5nm之间任意精度可选，激光输出功率大于5mW，激光输出口径为2×2mm，快慢轴两方向发散角均小于1.5mrad。为实现上述目的，本技术的技术解决方案如下：一种波长连续可调谐单纵模半导体激光器，其特点在于由电致半导体发光芯部分、腔内光束整形部分、谐振腔部分和腔内插入纵模压缩光栅与光栅角度调节选模输出部分四个部分组成：所述的电致半导体发光芯部分由半导体发光芯片、芯片温度匀化安装镀金座、镀金座控温半导体芯片、半导体发光芯片负极引线、半导体发光芯片负极引线链接镀金板和位于所述的负极链接镀金板与芯片温度匀化安装镀金座之间的绝缘层组成，所述的芯片温度匀化安装镀金座的下表面与所述的控温半导体芯片的上表面紧密接触安装，所述的控温半导体芯片的下表面安装在散热壳体底板上，所述的控温半导体芯片与温度控制器相连；所述的半导体发光芯片的底面即发光芯的正极紧密安装在所述的芯片温度匀化安装镀金座上表面的一端，半导体发光芯片的后端面镀有630～640nm波段激光全反射膜称为，半导体发光芯片的前端面镀630～640nm波段激光增透膜为振荡光输出端，半导体发光芯片的负极通过半导体发光芯片负极引线链接在负极链接镀金板上，该负极链接镀金板与绝缘层贴合并安装在所述的芯片温度匀化安装镀金座的另一端，并与所述的半导体发光芯片的后端面相距一段距离；所述的半导体发光芯片的发光端面为长方形结构；所述的腔内光束整形部分由整形柱透镜和整形棱镜组成，所述的整形柱透镜直接胶合在所述的半导体发光芯片的前端面上，该整形柱透镜的柱面母线与所述的半导体发光芯片发光芯长方形端面的长边平行，所述的整形棱镜采用只有快轴方向有夹角的结构，仅对快轴再整形，所述的整形棱镜的夹角设计使得偏折压缩后的快轴发散角与慢轴发散角相同，振荡光以布儒斯特角入射所述的整形棱镜；所述的半导体发光芯片的后端面，与输出振荡光向前依次经过的整形柱透镜、整形棱镜、压缩与选模反射光栅、定向反射镜和前输出腔镜共同形成激光谐振腔；所述的腔内插入纵模压缩光栅与光栅角度调节选模输出部分由纵模压缩与选模反射光栅、角度粗调直线电机的输出轴和驱动轴、压电驱动角度精调机构、角度调节轴和底板组成，所述的反射光栅的一端通过所述的角度调节轴安装在所述的底板上，另一端悬空，该反射光栅的背面中间与所述的压电驱动角度精调机构的顶端链接，该压电驱动角度精调机构的另一端与所述的角度粗调直线电机的输出轴的顶端链接，直线电机的驱动轴安装在底板上，所述的角度调节轴与底板链接点、直线电机驱动轴与底板链接点和压电驱动角度精调机构顶端的端点形成可调节的三角支撑结构；所述的直线电机的驱动轴驱动所述的角度粗调直线电机输出轴的伸长或收缩，以调节所述的反射光栅的角度，所述的压电驱动角度精调机构更精密调节压缩与选模光栅角度，二者结合以更精密选择光栅衍射效率最高的纵模反射，形成中心波长谐振激光。所述的压电驱动角度精调机构由微结构安装座、压电陶瓷安装座、压电陶瓷和微变形位移结构移动板构成，所述的微结构安装座的底端安装在所述的直线电机输出轴的顶端，所述的压电陶瓷安装座为螺纹安装结构，该压电陶瓷安装座的顶端与所述的压电陶瓷的底端链接，所述的压电陶瓷的外侧周通过螺纹链接在所述的微结构安装座的中心，所述的压电陶瓷的顶端为球头结构并与所述的微变形位移结构移动板一端中心的球窝形成活动链接，该微变形位移结构移动板的周边通过线切割形成微变形结构与所述的安装座的顶端链接，所述的微变形位移结构移动板的另一端与所述的反射光栅的后表面链接。本技术的技术效果如下：所述的整形棱镜的夹角设计，使得偏折压缩后的快轴发散角与慢轴发散角相同。同时由于振荡光是以布儒斯特角入射，使得振荡光偏振比达到P:S>300:1。半导体发光芯片前端面输出630～640nm间的无数纵模振荡光，向前经过快轴整形到达压缩与选模反射光栅，以光栅设定的反射角度选取中心波长，并在中心波长附近选取光栅衍射作用下压缩在300kHz线宽的纵模反射到定向反射镜上，继续向前到达输出腔镜，一部分在腔内形成激光振荡，另一部分形成单纵模激光输出。输出光为线宽300kHz的单纵模激光，同时横模输出口径2×2mm，快慢轴两个方向发散角均小于1.5mrad。纵模压缩与选模反射光栅采用高密度反射式衍射光栅，光栅对通过整形棱镜偏折后的振荡光中光栅衍射效率高的纵模发生反射，起到纵模压缩的作用，经过反射光栅反射后振荡光向前遇到定向反射镜，由定向反射镜反射向前到达输出腔镜的振荡光腔内谐振，并受激放大形成单纵模激光输出。驱动直线电机使得输出轴伸长或收缩，可以大步进的调节反射光栅绕调节轴转动改变光栅反射角度，通过调节反射光栅角度，选择光栅衍射效率最高的纵模反射，形成中心波长谐振激光。中心波长随着直线电机的伸长与收缩改变，改变范围在630～640nm全范围，改变的步进可以最小0.1nm，最大1nm。固定直线电机伸长量，通过压电陶瓷驱动微位移结构精细的微调反射光栅反射角度，实现微步进的输出波长改变。输出波长随压电陶瓷微位移结构精密调节反射光栅角度而微步进的改变，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种波长连续可调谐单纵模半导体激光器，其特征在于由电致半导体发光芯部分、腔内光束整形部分、谐振腔部分和腔内插入纵模压缩光栅与光栅角度调节选模输出部分四个部分组成：所述的电致半导体发光芯部分由半导体发光芯片(07)、芯片温度匀化安装镀金座(03)、镀金座控温半导体芯片(04)、半导体发光芯片负极引线(05)、半导体发光芯片负极链接镀金板(01)和位于所述的负极链接镀金板(01)与芯片温度匀化安装镀金座(03)之间的绝缘层(02)组成，所述的芯片温度匀化安装镀金座(03)的下表面与所述的控温半导体芯片(04)的上表面紧密接触安装，所述的控温半导体芯片(04)的下表面安装在散热壳体底板上，所述的控温半导体芯片(04)与温度控制器相连；所述的半导体发光芯片(07)的底面即发光芯的正极紧密安装在所述的芯片温度匀化安装镀金座(03)上表面的一端，半导体发光芯片(07)的后端面(06)镀有630～640nm波段激光全反射膜称为，半导体发光芯片(07)的前端面镀630～640nm波段激光增透膜为振荡光输出端，半导体发光芯片(07)的负极通过半导体发光芯片负极引线(05)链接在负极链接镀金板(01)上，该负极链接镀金板(01)与绝缘层(02)贴合并安装在所述的芯片温度匀化安装镀金座(03)的另一端，并与所述的半导体发光芯片(07)的后端面(06)相距一段距离；所述的半导体发光芯片(07)的发光端面为长方形结构；所述的腔内光束整形部分由整形柱透镜(08)和整形棱镜(09)组成，所述的整形柱透镜(08)直接胶合在所述的半导体发光芯片(07)的前端面上，该整形柱透镜(08)的柱面母线与所述的半导体发光芯片(07)发光芯长方形端面的长边平行，所述的整形棱镜(09)采用只有快轴方向有夹角的结构，仅对快轴再整形，所述的整形棱镜的夹角设计使得偏折压缩后的快轴发散角与慢轴发散角相同，振荡光以布儒斯特角入射所述的整形棱镜(09)；所述的半导体发光芯片的后端面(06)，与输出振荡光向前依次经过的整形柱透镜(08)、整形棱镜(09)、压缩与选模反射光栅(11)、定向反射镜(16)和前输出腔镜(17)共同形成激光谐振腔；所述的腔内插入纵模压缩光栅与光栅角度调节选模输出部分由纵模压缩与选模反射光栅(11)、角度粗调直线电机的输出轴(13)和驱动轴(14)、压电驱动角度精调机构(12)、角度调节轴(10)和底板(15)组成，所述的反射光栅(11)的一端通过所述的角度调节轴(10)安装在所述的底板(15)上，另一端悬空，该反射光栅(11)的背面中间与所述的压电驱动角度精调机构(12)的顶端链接，该压电驱动角度精调机构(12)的另一端与所述的角度粗调直线电机的输出轴(13)的顶端链接，直线电机的驱动轴(14)安装在底板(15)上，所述的角度调节轴(10)与底板链接点、直线电机驱动轴(14)与底板链接点和压电驱动角度精调机构(12)顶端的端点形成可调节的三角支撑结构；所述的直线电机的驱动轴(14)驱动所述的角度粗调直线电机输出轴(13)的伸长或收缩，以调节所述的反射光栅(11)的角度，所述的压电驱动角度精调机构(12)更精密调节压缩与选模光栅角度，二者结合以更精密选择光栅衍射效率最高的纵模反射，形成中心波长谐振激光。...
【技术特征摘要】
1.一种波长连续可调谐单纵模半导体激光器，其特征在于由电致半导体发光芯部分、腔内光束整形部分、谐振腔部分和腔内插入纵模压缩光栅与光栅角度调节选模输出部分四个部分组成：所述的电致半导体发光芯部分由半导体发光芯片(07)、芯片温度匀化安装镀金座(03)、镀金座控温半导体芯片(04)、半导体发光芯片负极引线(05)、半导体发光芯片负极链接镀金板(01)和位于所述的负极链接镀金板(01)与芯片温度匀化安装镀金座(03)之间的绝缘层(02)组成，所述的芯片温度匀化安装镀金座(03)的下表面与所述的控温半导体芯片(04)的上表面紧密接触安装，所述的控温半导体芯片(04)的下表面安装在散热壳体底板上，所述的控温半导体芯片(04)与温度控制器相连；所述的半导体发光芯片(07)的底面即发光芯的正极紧密安装在所述的芯片温度匀化安装镀金座(03)上表面的一端，半导体发光芯片(07)的后端面(06)镀有630～640nm波段激光全反射膜称为，半导体发光芯片(07)的前端面镀630～640nm波段激光增透膜为振荡光输出端，半导体发光芯片(07)的负极通过半导体发光芯片负极引线(05)链接在负极链接镀金板(01)上，该负极链接镀金板(01)与绝缘层(02)贴合并安装在所述的芯片温度匀化安装镀金座(03)的另一端，并与所述的半导体发光芯片(07)的后端面(06)相距一段距离；所述的半导体发光芯片(07)的发光端面为长方形结构；所述的腔内光束整形部分由整形柱透镜(08)和整形棱镜(09)组成，所述的整形柱透镜(08)直接胶合在所述的半导体发光芯片(07)的前端面上，该整形柱透镜(08)的柱面母线与所述的半导体发光芯片(07)发光芯长方形端面的长边平行，所述的整形棱镜(09)采用只有快轴方向有夹角的结构，仅对快轴再整形，所述的整形棱镜的夹角设计使得偏折压缩后的快轴发散角与慢轴发散角相同，振荡光以布儒斯特角入射所述的整形棱镜(09)；所述的半导体发光芯片的后端面(06)，与输出振荡光向前依次经过的整形柱透镜(08)、整形棱镜(09)、压缩与选模反射...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵智亮，赵也皓，陈立华，
申请(专利权)人：赵智亮，
类型：新型
国别省市：四川,51
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