一种基于单波长窄带滤光组件选频的窄线宽半导体激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种窄线宽外腔半导体激光器，包括半导体放大器提供增益，梳状滤光器和带通滤光器组合形成单波长窄带滤光组件，部分反射片与半导体光放大器芯片后端面形成激光器谐振腔，隔离器、耦合透镜和输出光纤起到准直光束耦合输出的作用。其中，梳状滤光器和带通滤光器形成一个单通道的窄带滤光组件，其带宽足使得激光器单模激射，而其他模式受到有效抑制，通过调节激光器温度可以控制纵模在整个滤波带中的相对位置，从而控制激光器的输出波长和功率，使得激光器处于最佳工作状态。本发明专利技术优选采用标准具作为选频元件，容易实现窄线宽输出；采用商用DWDM滤光片作为波长粗选元件，提高了器件的波长灵活性，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光器元件，尤其涉及一种基于单波长窄带滤光组件选频的窄线宽半导体激光器原理及结构，具体地说涉及一种利用梳状滤光器及带通滤光器作为选频元件的窄线宽半导体外腔激光器的结构和工作原理，该窄线宽半导体激光器可用于相干光通信和光纤传感系统，本专利技术属于通信和传感领域。
技术介绍
窄线宽半导体激光器以其窄线宽、低噪声等优点广泛应用于光纤通信、光纤传感、光纤遥感及材料技术等领域。波长选择器件可以用来确定和调整其波长，限制增益谱内起振的纵模数，让满足特定条件的少数几个频率的激光起振，起到压窄线宽的作用；如果只让一个纵模振荡，则构成单频激光器，输出光具有极高的时间相干性，实用价值很高。一般来说窄线宽半导体激光器大多采用外腔选频方案，通过窄带滤波器选频，长腔长压窄线宽方式实现激光器的窄线宽单频输出。具体的实现方式已有如下几种案例：一种是使用布拉格波导光栅作为波长选择器件，例如美国专利US008885677B1“Semiconductor external cavity laser with integrated planar waveguide bragg grating and wide-bandwidth frequency modulation”，但是这种方法工艺难度高，耦合插损较大。另一种是使用布拉格光纤光栅作为波长选择元件，例如美国专利US8018982B2“Sliced fiber bragg grating used as external cavity for semiconductor laser and solid state laser”，但是这种激光器结构对布拉格光纤光栅的封装方法提出了很高的要求，光栅容易受到环境因素的影响，不利于激光器的稳定工作。还有一种就是使用体布拉格光栅作为激光器的外腔选频元件，具有耦合方便的优点，而且光栅材料比较坚固均匀，但是带宽很难做窄且价格昂贵，不宜生产。一个类似的例子如美国专利US9287681B2“Wavelength stabilized diode laser”，这篇专利描述了如何利用体布拉格光栅加标准具进行选频，实现单模输出。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术问题，通过一种梳状滤光器加带通滤光器的组合滤波器作为选频元件，采用半导体外腔结构，实现激光器输出稳定的窄线宽激光。本专利技术提供了一种窄线宽外腔半导体激光器，包括半导体光放大器芯片、单波长窄带滤光组件、反射镜和准直光束耦合输出组件；所述半导体光放大器芯片作为增益介质提供足够的增益从而实现激光输出；所述反射镜与所述半导体光放大器芯片的一个端面形成激光器谐振腔的两个腔镜；所述单波长窄带滤光组件设置在所述两个腔镜之间，使得激光器单模激射，而其他模式受到有效抑制。在上述技术方案中，所述单波长窄带滤光组件包括梳状滤光器和带通滤光器。在上述技术方案中，所述准直光束耦合输出组件包括隔离器、耦合透镜和输出光纤。在上述技术方案中，所述梳状滤光器是标准具、微环或其他可以产生梳状滤光效果的元件，所述带通滤光器是DWDM滤光片或AWG等可以产生带通滤光效果的滤光器。在上述技术方案中，所述反射镜为部分反射镜，所述单波长窄带滤光组件、部分反射镜和准直光束耦合输出组件位于所述半导体光放大器芯片的同一侧，并依次连接。在上述技术方案中，所述半导体光放大器芯片的前端面镀有增透膜，后端面镀有高反膜；所述半导体光放大器芯片输出光信号经过准直后进入所述梳状滤光器形成梳状滤光谱，再经过所述带通滤光器选择一个需要的波长，之后被所述部分反射镜反射一部分光回到所述半导体光放大器形成激光反馈谐振，而另一部分光从所述部分反射镜透射输出，经过所述隔离器、耦合透镜和输出光纤形成输出激光。在上述技术方案中，所述反射镜为全反射镜，所述单波长窄带滤光组件和全反射镜以及所述准直光束耦合输出组件分别位于所述半导体光放大器芯片的不同侧。在上述技术方案中，所述半导体光放大器芯片的后端面镀有增透膜，前端面镀有部分反射膜；所述半导体光放大器芯片输出光信号经过准直后进入所述梳状滤光器形成梳状滤光谱，再经过所述带通滤光片选择一个需要的波长，之后被所述全反射镜反射回到所述半导体光放大器形成激光反馈谐振，而另一部分光从所述半导体光放大器芯片的前端面透射输出，经过准直进入所述隔离器、耦合透镜和输出光纤形成输出激光。在上述技术方案中，所述半导体光放大器芯片、单波长窄带滤光组件、反射镜和准直光束耦合输出组件被承载在一刚性平板上，所述刚性平板还具有包括控温系统。在上述技术方案中，通过所述温控系统调节激光器温度以控制纵模在整个滤波带中的相对位置，达到控制激光器的输出波长和功率，使得激光器处于最佳工作状态。本专利技术取得了以下技术效果：1、本专利技术采用自由空间光学光路，具有耦合方便结构简单的优点。2、本专利技术采用梳状滤光器作为选频元件，容易实现窄线宽输出。3、本专利技术采用商用带通滤光器作为波长粗选元件，提高了器件的波长灵活性，降低了成本。附图说明图1、本专利技术基于标准具选频的窄线宽激光器光路示意图；图2、标准具透射谱与群延时曲线图；图3、标准具透射谱与带通滤光片透射谱相对关系图；图4、温度对标准具透射谱和激光器波长的影响；图5、激光器波长随温度变化规律；图6、激光器功率随温度变化规律；图7、激光器线宽测试结果图；图8、激光器频率噪声测试结果图；图9、本专利技术结构的第二个实施例光路示意图。图中标记：1—半导体光放大器芯片；1A—后端面；1B—前端面；2—准直透镜；3—标准具；4—带通滤光片；5—部分反射镜；6—隔离器；7—耦合透镜；8—输出光纤；9—外腔准直器透镜；10—全反射镜。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术提供了一种基于体布拉格光栅的窄线宽外腔半导体激光器结构，其采用了梳状滤光器和一个带通滤光片组合作为窄带选频元件，采用半导体外腔激光器的结构实现窄线宽单频输出，其中梳状滤光器可以是标准具、微环或其他可以产生梳状滤光效果的元件，带通滤光片可以是DWDM滤光片或AWG等类型可以产生带通滤光效果的元件，下面以标准具和DWDM滤光片为例阐述本专利技术的工作原理。本专利技术提供的一种基于单波长窄带滤光组件的窄线宽外腔半导体激光器结构，其中一个实施例如图1所示，该半导体激光器包括半导体光放大器芯片1、准直透镜2、标准具3、DWDM滤光片4、部分反射镜5、隔离器6、耦合透镜7、输出光纤8，上述器件依次排列。其中半导体光放大器芯片1的前端面1B镀有增透膜，后端面1A镀有高反膜，标准具3的两个端面都镀有部分反射膜，DWDM滤光片4一般采用通信波段的DWDM滤光片，增加激光器输出波长的灵活性，部分反射镜5的反射率可以有不同选择，隔离器6一般采用双级隔离器，可以有效防止反射光进入激光器谐振腔，耦合透镜7和输出光纤8构成了整个激光器的耦合输出系统。半导体光放大器芯片1输出光信号经过准直透镜2准直，进入标准具3，形成梳状滤光谱，再经过带通滤光片4选择一个需要的波长，之后被部分反射镜5反射一部分光回到半导体光放大器1形成激光反馈谐振，而另一部分光从部分反射镜5透射输出，经过隔离器6、耦合透镜7和输出光纤8形成输出激光。隔离器6、耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于：包括半导体光放大器芯片、单波长窄带滤光组件、反射镜和准直光束耦合输出组件；所述半导体光放大器芯片作为增益介质提供足够的增益从而实现激光输出；所述反射镜与所述半导体光放大器芯片的一个端面形成激光器谐振腔的两个腔镜；所述单波长窄带滤光组件设置在所述两个腔镜之间，使得激光器单模激射，而其他模式受到有效抑制。

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于：包括半导体光放大器芯片、单波长窄带滤光组件、反射镜和准直光束耦合输出组件；所述半导体光放大器芯片作为增益介质提供足够的增益从而实现激光输出；所述反射镜与所述半导体光放大器芯片的一个端面形成激光器谐振腔的两个腔镜；所述单波长窄带滤光组件设置在所述两个腔镜之间，使得激光器单模激射，而其他模式受到有效抑制。2.如权利要求1所述的一种窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于：所述单波长窄带滤光组件包括梳状滤光器和带通滤光器。3.如权利要求2所述的一种窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于：所述准直光束耦合输出组件包括隔离器、耦合透镜和输出光纤。4.如权利要求2-3中任一项所述的一种窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于：所述梳状滤光器是标准具、微环或其他可以产生梳状滤光效果的元件，所述带通滤光器是DWDM滤光片或AWG等可以产生带通滤光效果的滤光器。5.如权利要求3-4中任一项所述的一种窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于：所述反射镜为部分反射镜，所述单波长窄带滤光组件、部分反射镜和准直光束耦合输出组件位于所述半导体光放大器芯片的同一侧，并依次连接。6.如权利要求5所述的一种窄线宽外腔半导体激光器，其特征在于：所述半导体光放大器芯片的前端面镀有增透膜，后端面镀有高反膜；所述半导体光放大器芯片输出光信号经过准直后进入所述梳状滤光器形成梳状滤光谱，再经过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐毅，翟羽佳，柯威，陈义宗，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42