一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器，包括激光二极管模块、准直器、光强稳定模块、闪耀光栅、输出反射镜、输出偏振分光模块、二维调整模块、柔性调整平台、压电陶瓷a、压电陶瓷b、频率稳定模块、底板、弹性阻尼器、罩壳。本申请采用双压电陶瓷驱动柔性调整平台实现闪耀光栅转动和平移，能够在调整光栅角度时调整外腔长度，使外腔中保持一个固定的纵模，从而实现宽频无跳模调谐；本申请在需要进行原子吸收光谱特性分析时，可采用频率调谐模式，在需要稳定的激光束时可采用稳光强和稳频模式；输出反射镜和闪耀光栅一起放置于柔性调整平台上，调谐过程中输出光束不发生偏转。

【技术实现步骤摘要】
一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器
本专利技术属于激光器
，具体涉及一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器。
技术介绍
半导体激光二极管由于体积小、线宽窄，广泛用于小型原子钟、原子磁强计以、原子陀螺等原子传感器领域。在上述原子传感器开发实验阶段，需要对原子吸收光谱进行精确实验测定和分析；在原子传感器工作时还需要对激光器的频率、光强进行精确锁定。现有商用激光二极管虽然有很窄的线宽，但频率很容易受到温度、电流等影响而发生漂移，光强也会随着器件老化等因素缓慢变化。因此，在上述原子传感器实验室研究阶段，需要一种具有较宽的相位连续调谐范围，同时具备稳频和稳光强功能的激光器。专利号为201711277855.9的专利技术专利公开了一种795nm激光稳频系统及其稳频方法，在该专利中公开的内容只能实现特定频率的稳频，不能进行宽频率调谐，也不具备稳光强功能。现有关于Littrow型外腔调谐激光器，为了实现调谐，在工作时通过旋转光栅，但光栅的旋转的同时，外腔长度不可避免方式改变，难以实现宽频无跳模调谐。专利号为US7970024B2的专利技术专利提出了一种调谐式外腔激光二极管激光器，在该专利公开的内容中采用一个压电陶瓷驱动柔性铰链机构实现调谐，具有复杂的机械调节机构，通过独特的机构实现一个压电陶瓷驱动下光学谐振腔模式与衍射中心匹配，但调节效果依赖于装调精度。专利号为201710544609.9的专利技术专利公开了一种外腔式半导体激光器结构，通过调整光栅与激光器距离改变外腔长度实现调谐，没有调节光栅角度，公开内容没有指明能否实现宽频无跳模调谐。在现有技术中，采用Littrow配置的光栅反馈外腔半导体激光器，在调整光栅角度过程中不可避免的改变外腔长度，难以实现无跳模宽频调谐，需要设计复杂的机构应对此问题；输出光容易受到光栅转动而发生方向变化；没有一种能够具备宽频无跳模调谐、稳频稳光强两种工作模式的光栅反馈外腔激光器，以应对原子传感器实验室研发阶段对调谐、稳光强稳频的需求。因此急需研发出一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器来解决以上问题。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提供了一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器，包括：底板；底板中心处开设有空腔；闪耀光栅；二维调整模块；闪耀光栅固定在二维调整模块上，二维调整模块用于在水平方向上对闪耀光栅的位置进行调节；输出反射镜；柔性调整平台；二维调整模块和输出反射镜均置于柔性调整平台上；柔性调整平台置于底板的空腔内，柔性调整平台通过柔性连接机构与底板连接；压电陶瓷a；压电陶瓷b；压电陶瓷a和压电陶瓷b均置于柔性调整平台和底板之间的水平空隙中，且电陶瓷a的作用端和压电陶瓷b的作用端分别与柔性调整平台连接；激光二极管模块；准直器；光强稳定模块；激光二极管模块、准直器、光强稳定模块均位于底板上方，且靠近二维调整平台的第一端；输出偏振分光模块；频率稳定模块；频率稳定模块位于底板上方，且靠近二维调整平台的第二端；激光驱动电路；激光驱动电路与激光二极管模块电性连接；压电驱动电路；用于解调出偏离原子吸收谱中心的误差信号的信号处理电路；信号处理电路的信号端口与控制器的信号端口连接；控制器；控制器的控制信号输出端与压电驱动电路的控制信号输入端连接，压电驱动电路的控制信号输出端分别与压电陶瓷a的控制信号输入端、压电陶瓷b的控制信号输入端连接；光强探测模块；光强探测模块用于接收入射光，将光强信号转变为电信号，控制器用于接收该电信号；控制器的控制信号输出端与激光驱动电路的控制信号输入端连接；激光二极管模块发出一束激光，经过准直器后通过偏振分光第一路沿入射方向照射到闪耀光栅表面，第二路沿垂直入射方向进入光强稳定模块；入射到闪耀光栅上的入射光以特定的入射角入射，经闪耀光栅衍射后，-阶衍射光沿入射光方向返回进入激光二极管模块，阶衍射光入射到输出反射镜上，经输出反射镜反射后入射到输出偏振分光模块，由输出偏振分光模块分为垂直的两路光，第一路为输出光束，第二路垂直光入射到频率稳定模块。具体地，激光二极管模块包括：激光二极管；激光管安装座；激光安装座固定在底板上方，激光二极管固定在激光安装座内的通孔中；温度补偿元件；激光二极管通过温度补偿元件实现恒温控制；温度补偿元件安装在激光安装座表面；热沉；热沉安装在温度补偿元件上。具体地，光强稳定模块包括/波片Ⅲ、偏振分光镜PBSⅢ、光电探测器。具体地，输出偏振分光模块包括/波片Ⅱ、偏振分光镜PBSⅡ。具体地，频率稳定模块包括/波片Ⅰ、偏振分光镜PBSⅠ、反射镜、碱金属气室、参考气室、差分式光电探测器；输出偏振分光模块的第二路垂直光入射到频率稳定模块；经过/波片Ⅰ的光再经偏振分光镜PBSⅠ后，透射光进入碱金属气室；经过/波片Ⅰ的反射光经反射镜反射后进入参考气室；经过碱金属气室、参考气室的激光束由差分式光电探测器接收。具体地，激光器还包括罩壳，底板下方通过的多个弹性阻尼器固定在罩壳内底部，底板、闪耀光栅、二维调整模块、输出反射镜、柔性调整平台、压电陶瓷a、压电陶瓷b、激光二极管模块、准直器、光强稳定模块、输出偏振分光模块、频率稳定模块、弹性阻尼器、激光驱动电路、压电驱动电路、信号处理电路、控制器均密封置于罩壳内。具体地，二维调整模块包括：调整台；闪耀光栅固定在调整台上部；柔性调整平台上设置有销孔，调整台底部连接有圆形锥销，圆形锥销插入柔性调整平台的销孔内；二维调整架；二维调整架形成为L型，在二维调整架的每个边上均设置有螺孔；调整螺钉a；调整螺钉a穿过一螺孔后用于抵紧调整台的第一侧；调整螺钉b；调整螺钉b穿过另一螺孔后用于抵紧调整台的第二侧；调整螺钉a和调整螺钉b用于锁定调整台的位姿。具体地，压电陶瓷a和压电陶瓷b平行设置，压电陶瓷a的第一端和压电陶瓷b的第一端均固定在底板的空腔内的一侧，压电陶瓷a的第二端和压电陶瓷b的第二端均固定在柔性调整平台的一侧。具体地，二维调整模块位于柔性调整平台的几何中心；闪耀光栅安装在调整台的顶部中心处，圆形锥销固定在调整台底部中心处，销孔设置在柔性调整平台的中心处，圆形锥销插入柔性调整平台的销孔内设置，闪耀光栅入射点位于柔性调整平台的旋转运动中心轴线上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、采用双压电陶瓷驱动柔性调整平台实现闪耀光栅转动和平移，能够在调整光栅角度时调整外腔长度，使外腔中保持一个固定的纵模，从而实现宽频无跳模调谐；2、具备两种工作模式，在需要进行原子吸收光谱特性分析时，可采用频率调谐模式，在需要稳定的激光束时可采用稳光强和稳频模式；3、输出反射镜和光栅一起放置于柔性调整平台上，调谐过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器，其特征在于：包括：/n底板(25)；底板(25)中心处开设有空腔；/n闪耀光栅(1)；/n二维调整模块；闪耀光栅(1)固定在二维调整模块上，二维调整模块用于在水平方向上对闪耀光栅(1)的位置进行调节；/n输出反射镜(15)；/n柔性调整平台(13)；二维调整模块和输出反射镜(15)均置于柔性调整平台(13)上；柔性调整平台(13)置于底板(25)的空腔内，柔性调整平台(13)通过柔性连接机构(31)与底板(25)连接；/n压电陶瓷a(2)；/n压电陶瓷b(11)；压电陶瓷a(2)和压电陶瓷b(11)均置于柔性调整平台(13)和底板(25)之间的水平空隙中，且电陶瓷a(2)的作用端和压电陶瓷b(11)的作用端分别与柔性调整平台(13)连接；/n激光二极管模块；/n准直器(18)；/n光强稳定模块；激光二极管模块、准直器(18)、光强稳定模块均位于底板(25)上方，且靠近二维调整平台的第一端；/n输出偏振分光模块；/n频率稳定模块；频率稳定模块位于底板(25)上方，且靠近二维调整平台的第二端；/n激光驱动电路；激光驱动电路与激光二极管模块电性连接；/n压电驱动电路；/n用于解调出偏离原子吸收谱中心的误差信号的信号处理电路；信号处理电路的信号端口与控制器的信号端口连接；/n控制器；控制器的控制信号输出端与压电驱动电路的控制信号输入端连接，压电驱动电路的控制信号输出端分别与压电陶瓷a(2)的控制信号输入端、压电陶瓷b(11)的控制信号输入端连接；/n光强探测模块(16)；光强探测模块(16)用于接收入射光，将光强信号转变为电信号，控制器用于接收该电信号；控制器的控制信号输出端与激光驱动电路的控制信号输入端连接；/n激光二极管模块发出一束激光，经过准直器(18)后通过偏振分光第一路沿入射方向照射到闪耀光栅(1)表面，第二路沿垂直入射方向进入光强稳定模块；入射到闪耀光栅(1)上的入射光以特定的入射角入射，经闪耀光栅(1)衍射后，-1阶衍射光沿入射光方向返回进入激光二极管模块，0阶衍射光入射到输出反射镜(15)上，经输出反射镜(15)反射后入射到输出偏振分光模块，由输出偏振分光模块分为垂直的两路光，第一路为输出光束，第二路垂直光入射到频率稳定模块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器，其特征在于：包括：
底板(25)；底板(25)中心处开设有空腔；
闪耀光栅(1)；
二维调整模块；闪耀光栅(1)固定在二维调整模块上，二维调整模块用于在水平方向上对闪耀光栅(1)的位置进行调节；
输出反射镜(15)；
柔性调整平台(13)；二维调整模块和输出反射镜(15)均置于柔性调整平台(13)上；柔性调整平台(13)置于底板(25)的空腔内，柔性调整平台(13)通过柔性连接机构(31)与底板(25)连接；
压电陶瓷a(2)；
压电陶瓷b(11)；压电陶瓷a(2)和压电陶瓷b(11)均置于柔性调整平台(13)和底板(25)之间的水平空隙中，且电陶瓷a(2)的作用端和压电陶瓷b(11)的作用端分别与柔性调整平台(13)连接；
激光二极管模块；
准直器(18)；
光强稳定模块；激光二极管模块、准直器(18)、光强稳定模块均位于底板(25)上方，且靠近二维调整平台的第一端；
输出偏振分光模块；
频率稳定模块；频率稳定模块位于底板(25)上方，且靠近二维调整平台的第二端；
激光驱动电路；激光驱动电路与激光二极管模块电性连接；
压电驱动电路；
用于解调出偏离原子吸收谱中心的误差信号的信号处理电路；信号处理电路的信号端口与控制器的信号端口连接；
控制器；控制器的控制信号输出端与压电驱动电路的控制信号输入端连接，压电驱动电路的控制信号输出端分别与压电陶瓷a(2)的控制信号输入端、压电陶瓷b(11)的控制信号输入端连接；
光强探测模块(16)；光强探测模块(16)用于接收入射光，将光强信号转变为电信号，控制器用于接收该电信号；控制器的控制信号输出端与激光驱动电路的控制信号输入端连接；
激光二极管模块发出一束激光，经过准直器(18)后通过偏振分光第一路沿入射方向照射到闪耀光栅(1)表面，第二路沿垂直入射方向进入光强稳定模块；入射到闪耀光栅(1)上的入射光以特定的入射角入射，经闪耀光栅(1)衍射后，-1阶衍射光沿入射光方向返回进入激光二极管模块，0阶衍射光入射到输出反射镜(15)上，经输出反射镜(15)反射后入射到输出偏振分光模块，由输出偏振分光模块分为垂直的两路光，第一路为输出光束，第二路垂直光入射到频率稳定模块。


2.根据权利要求1所述的一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器，其特征在于，激光二极管模块包括：
激光二极管(20)；
激光管安装座(21)；激光安装座(21)固定在底板(25)上方，激光二极管(20)固定在激光安装座(21)内的通孔中；
温度补偿元件(19)；激光二极管(20)通过温度补偿元件(19)实现恒温控制；温度补偿元件(19)安装在激光安装座(21)表面；
热沉(22)；热沉(22)安装在温度补偿元件(19)上。


3.根据权利要求1所述的一种稳频和稳光强双压电陶瓷调谐外腔半导体激光器，其特征在于，光强稳定模块包括1/2波片Ⅲ(23)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒强，吉方，汪宝旭，朱明智，邓东阁，杨飞，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51