双频法拉第半导体激光器及其实现方法技术

本发明专利技术提供一种双频法拉第半导体激光器，包括激光二极管(1)、准直透镜(2)、法拉第原子滤光器和激光腔镜(7)，所述法拉第原子滤光器包括第一偏振分光棱镜(3)、碱金属原子气室(4)和第二偏振分光棱镜(5)；激光二极管(1)的输出光入射碱金属原子气室(4)后被选出两个激光模式，调节激光腔镜(7)与入射光之间的角度，使激光腔镜(7)的反射光返回到半导体激光二极管(1)，在谐振腔中振荡、放大至超过激光器振荡阈值，使第一偏振分光棱镜或第二偏振分光棱镜处输出双频激光。通过改变原子气室的温度和磁场条件能够实现双频半导体激光器输出频率的可调谐性，且透射谱包含两个稳定且透射率相近的透射峰，能够长期稳定工作。

Double frequency Faraday semiconductor laser and its realization

【技术实现步骤摘要】
双频法拉第半导体激光器及其实现方法
本专利技术属于半导体激光器
，具体涉及一种利用法拉第原子滤光器选频来实现双波长半导体激光器。
技术介绍
双波长激光器是一种能够在一个装置中产生两个激光波长的激光器。波长间隔较大的双波长激光器可以在单个器件中提供双重用途，从而实现成本效益、效率和通用性的提高。双波长激光器在许多领域都有着广泛的应用，如超快光通信、波分复用和太赫兹辐射产生等。传统的双波长激光器主要基于光纤激光器和固体激光器。虽然光纤激光器具有诸如窄线宽和低噪声等吸引人的特性，但它们通常需要使用诸如分布式布拉格反射镜之类的滤光元件来选择激光模式。因此，大多数这类激光器都是由相对较长的腔构成的，这可能使在每个期望的波长处获得单一的纵模变得困难，并且具有随机性。另一方面，双波长固体激光器通常需要泵浦光作用于激光介质，基于激光介质的发射谱的两个发射峰实现双波长输出，激光介质如掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)，掺钕氟化钇锂(Nd：YLF)，掺钕钒酸钇(Nd：YVO)，掺钕铝酸钇(Nd：YAP)，掺铒钇铝石榴石(Er：YAG)等；或采用基于激光介质的宽带发射光谱的激光器发射的光，如钛宝石激光器，然后通过选频器件实现双波长运转。另外，谐波发生器和参量振荡器等非线性光学器件，也提供了一种对现有激光源的频率范围进行扩展的方法；除此之外还有基于外腔的使用非线性晶体元件选择波长的双波长半导体激光器。近几年，基于法拉第原子滤光器选模的半导体激光器被提出，根据报道，这种激光器输出的单一频率对激光二极管的电流和温度变化不敏感，具有很好的稳定性。还有报道采用只有一个频率透射峰的级联原子滤光器滤光的方法，激光输出频率始终为单一稳定频率，尚未发现能够实现稳定双频输出的激光器。随着双波长激光器在光通信、光动力学医疗、光计算、非线性频率变换、军事对抗、环境监测、激光遥感、激光雷达及光谱学研究等许多重要领域越来越广泛的应用，双波长激光器已经成为重要的研究方向。目前，很多应用都正在寻找新的激光设备，多波长激光器的概念从激光的早期就已经存在了，但其在激光领域的地位仍然相当模糊。探索这些多波长激光器件的机会可能为寻找多波长、多任务器件的新应用领域铺平道路。
技术实现思路
本专利技术目的是克服现有技术缺陷，提供一种结构简单、具备稳定的双频输出的半导体激光器。本专利技术的思路是采用法拉第原子滤光技术，基于法拉第原子滤光器在特定的温度和磁场条件下，其透射谱包含两个透射率相近的透射峰，从而实现在半导体激光内腔选出两个激光模式，最终实现激光器的双频输出，从而产生微波频率下的拍频信号，进而用作信号处理系统中的微波信号源。基于上述思路，本专利技术提供双频法拉第半导体激光器，所述激光器包括依序设置在光路上的激光二极管1、准直透镜2、法拉第原子滤光器、激光腔镜7和压电陶瓷8，其中在所述激光二极管1的输出光端面镀增透膜；所述法拉第原子滤光器包括依序设置的第一偏振分光棱镜3、碱金属原子气室4和第二偏振分光棱镜5，通过永磁体5向碱金属原子气室4施加轴向静磁场，且第一偏振分光棱镜3与第二偏振分光棱镜5的位置关系为正交；所述激光二极管1发出相干光束经过准直透镜2准直为平行光，所述平行光经过第一偏振分光棱镜1后得到与激光二极管1出射方向相同的水平偏振光或垂直偏振光，入射碱金属原子气室4后被选模，经第二偏振分光棱镜5到达激光腔镜7；通过调节激光腔镜7与入射光之间的角度，使得激光腔镜7的反射光与入射光共线反向，所述反射光经第二偏振分光棱镜5、原子气室4、第一偏振分光棱镜3、准直透镜2后返回到半导体激光二极管1，在激光腔镜7与半导体激光二极管1的输出光端面构成的谐振腔中振荡、放大至超过激光器振荡阈值，使第一偏振分光棱镜或第二偏振分光棱镜处输出双波长激光。在本专利技术中，所述碱金属原子气室内充铷原子或铯原子。根据一种优选的实施方式，在激光腔镜7上设置压电陶瓷8，通过压电陶瓷8调节所述谐振腔的腔长。本专利技术的双频法拉第半导体激光器的透射谱包含两个透射率相近的透射峰，且所述两个透射峰间距为5GHz-10GHz。根据另一种优选的实施方式，增益介质可以有多种选择，例如采用端面镀了增透膜的固体增益介质替代半导体激光二极管作为增益介质。根据另一种优选的实施方式，可以用充缓冲气体原子气室替代真空原子气室，从而增加透射谱带宽。作为一种特别优选的实施方式，碱金属原子气室4内充铯原子，原子气室温度为36-53℃，通过永磁体5向原子气室施加300-350高斯磁场。作为另一种特别优选的实施方式，碱金属原子气室4内充5乇氩气作为缓冲气体，原子气室温度为43-55℃，通过永磁体5向原子气室施加500-700高斯磁场。可选地，还可以在激光二极管1的另一面镀高反膜。在本专利技术中，增透膜、高反膜均为本领域常规技术，本领域技术人员可以根据现有技术的教导在激光二极管上镀增透膜和高反膜。通过改变半导体激光二极管的放置位置可以获得水平或垂直方向的出射光，在满足第一偏振分光棱镜3与第二偏振分光棱镜5为正交位置关系的情况下，本专利技术的半导体激光器有两种实现方式：第一种，激光二极管1发出水平偏振的相干光束，经过准直透镜准直成为平行光，入射至第一偏振分光棱镜后获得水平偏振光，该水平偏振光经过原子气室4选模，被选模的入射光偏振方向转换成垂直偏振光，未被选模的入射光偏振方向依然是水平偏振光。因此，被选模的得到的垂直偏振光入射至第二偏振分光棱镜后到达激光腔镜7，而未被选模的水平偏正光第二偏振分光棱镜5反射输出。通过调整激光腔镜7与被选模的入射光的角度，使得激光腔镜7的反射光与被选模入射光共线反向，反射光全部沿原光路返回到半导体激光二极管，在由半导体激光二极管输出光端面与激光腔镜组成的谐振腔中振荡、放大到超过激光器振荡阈值，使得被第二偏振分光棱镜反射输出的光直接输出作为输出激光。另一种，区别在于改变激光二极管1的放置位置，使之发出垂直方向相干光束，被准直为垂直平行光后入射至第一偏振分光棱镜后获得垂直偏振光。由于镀增透膜的激光二极管1发出的垂直偏振相干光束含有少部分水平偏振光，这部分水平偏振光经过第一偏振分光棱镜3时被反射输出。透过第一偏振分光棱镜的垂直光作为入射光，经过原子气室4被选模，被选模的入射光偏振方向转换成水平偏振光，因此被选模的光透过第二偏振分光棱镜5到达激光腔镜7，通过调整激光腔镜7与被选模入射光的角度，使得激光腔镜7的反射光与被选模入射光共线反向，然后反射光全部沿原光路返回到半导体激光二极管1，在由半导体激光二极管1输出光端面与激光腔镜7组成的谐振腔中振荡、放大到超过激光器振荡阈值，使得被第一偏振分光棱镜反射输出的光直接输出作为输出激光。本专利技术通过实验证实，通过调整温度和磁场条件，本专利技术的法拉第原子滤光器的透射谱可以获得两个稳定且透射率相近的透射峰，从而选出两个激光模式，实现双波长激光器的稳定输出。进一步地，本专利技术还证实通过改变法拉第原子滤光器中原子气室的温度和磁场条件，可以改变所述法拉第原子滤光器的两个透射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双频法拉第半导体激光器，所述激光器包括依序设置在光路上的激光二极管(1)、准直透镜(2)、法拉第原子滤光器和激光腔镜(7)，其特征在于在所述激光二极管(1)的输出光端面镀增透膜；所述法拉第原子滤光器包括依序设置的第一偏振分光棱镜(3)、碱金属原子气室(4)和第二偏振分光棱镜(5)，通过永磁体(5)向碱金属原子气室(4)施加轴向静磁场，且第一偏振分光棱镜(3)与第二偏振分光棱镜(5)的位置关系为正交；/n所述激光二极管(1)发出相干光束经过准直透镜(2)准直为平行光，所述平行光经过第一偏振分光棱镜(1)后得到与激光二极管(1)出射方向相同的水平偏振光或垂直偏振光，入射碱金属原子气室(4)后被选出两个激光模式，经第二偏振分光棱镜(5)到达激光腔镜(7)；通过调节激光腔镜(7)与入射光之间的角度，使得激光腔镜(7)的反射光与入射光共线反向，所述反射光经第二偏振分光棱镜(5)、原子气室(4)、第一偏振分光棱镜(3)、准直透镜(2)后返回到半导体激光二极管(1)，在激光腔镜(7)与半导体激光二极管(1)的输出光端面构成的谐振腔中振荡、放大至超过激光器振荡阈值，使第一偏振分光棱镜或第二偏振分光棱镜处输出双频激光。/n...

【技术特征摘要】
1.双频法拉第半导体激光器，所述激光器包括依序设置在光路上的激光二极管(1)、准直透镜(2)、法拉第原子滤光器和激光腔镜(7)，其特征在于在所述激光二极管(1)的输出光端面镀增透膜；所述法拉第原子滤光器包括依序设置的第一偏振分光棱镜(3)、碱金属原子气室(4)和第二偏振分光棱镜(5)，通过永磁体(5)向碱金属原子气室(4)施加轴向静磁场，且第一偏振分光棱镜(3)与第二偏振分光棱镜(5)的位置关系为正交；
所述激光二极管(1)发出相干光束经过准直透镜(2)准直为平行光，所述平行光经过第一偏振分光棱镜(1)后得到与激光二极管(1)出射方向相同的水平偏振光或垂直偏振光，入射碱金属原子气室(4)后被选出两个激光模式，经第二偏振分光棱镜(5)到达激光腔镜(7)；通过调节激光腔镜(7)与入射光之间的角度，使得激光腔镜(7)的反射光与入射光共线反向，所述反射光经第二偏振分光棱镜(5)、原子气室(4)、第一偏振分光棱镜(3)、准直透镜(2)后返回到半导体激光二极管(1)，在激光腔镜(7)与半导体激光二极管(1)的输出光端面构成的谐振腔中振荡、放大至超过激光器振荡阈值，使第一偏振分光棱镜或第二偏振分光棱镜处...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，常鹏媛，洪叶龙，
申请(专利权)人：浙江法拉第激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33