一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型制造技术

本发明专利技术提供一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件，用于将发光准直部件输出的准直后的光束衍射并分离的光栅和将光栅输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜；发光准直部件包括半导体激光芯片和用于将半导体激光芯片的光束进行准直的腔内准直器。本发明专利技术是为了克服基于二向分色器件合束的宽调谐半导体激光器方案合束后功率衰减的缺点，通过设计相同的衍射点、采用同一个可旋转的光栅和耦合输出镜，当光栅或耦合输出镜发生转动时，与耦合输出镜镜面相互垂直的衍射方向随之变化，对应的能被耦合输出镜部分反射并原路返回激光芯片中形成激光振荡和输出的光波长也随之改变，实现了多路宽调谐激光高效率合束。激光高效率合束。激光高效率合束。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型


[0001]本专利技术涉及技术半导体激光器领域，具体涉及一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型。

技术介绍

[0002]外腔半导体激光器利用具有波长选择特性的光学器件在激光芯片外部构建谐振腔实现激光输出，对波长选择器件的特定参数进行调节可实现激光器输出波长的调谐。相比于DFB半导体激光器通过改变芯片电流和温度实现调谐，外腔半导体激光器的显著优点是调谐范围宽，在多组分气体检测、光纤光栅传感信号解调、光谱学研究等领域具有重要应用价值。
[0003]单台套外腔半导体激光器的调谐范围由芯片自身的自发辐射光谱宽度和外腔腔型所能实现的调节范围共同决定，在此基础上若要进一步达到更宽的调谐范围，最常用的方法是将多台套具有不同调谐波段范围的外腔半导体激光器进行合束，在光谱维度上实现其调谐范围的拼接，从而整体上达到了更宽的调谐范围。
[0004]为保证合束后的光束质量，通常采用传统的二向分色器件(如二向分色镜、二向分色棱镜等)对多台套外腔半导体激光器进行光谱合束，例如一种装置：包含外腔半导体激光器5、5'、5"，对应的调谐范围分别为λ1至λ2、λ2至λ3、λ3至λ4，该装置还包含二向分色器件6，其对λ1至λ2波段的激光具有高透射率，对λ2至λ3波段的激光具有高反射率，二向分色器件6'对λ1至λ2波段和λ2至λ3波段的激光具有高透射率，对λ3至λ4波段的激光具有高反射率，这样就能实现三台套外腔半导体激光器的光谱合束及其调谐波段范围的拼接，整体上实现更宽的调谐范围。对更多台套外腔半导体激光器的合束方案也是同理。
[0005]然而，基于二向分色器件合束的宽调谐半导体激光器方案存在一个缺点：在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近，合束后其光功率将会大幅度衰减。合束后的光功率等于合束前的光功率乘以二向分色器件的透射率或反射率(根据光束是透过二向分色器件或者被二向分色器件反射)。仍以以上装置举例，该装置在外腔半导体激光器5的调谐波段范围λ1至λ2和外腔半导体激光器5'的调谐波段范围λ2至λ3之间的衔接波长λ2附近，随着波长逐渐接近λ2，二向分色器件6对外腔半导体激光器5发出的波长为λ
2-Δλ的激光的透射率，以及对外腔半导体激光器5'发出的波长为λ2+Δλ的激光的反射率都大幅度下降，这将导致波长在λ2附近的激光功率合束后大幅度衰减，最严重的是波长λ2的光功率合束后将衰减50％。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了克服基于二向分色器件合束的宽调谐半导体激光器方案合束后功率衰减的缺点，通过设计相同的衍射点、采用同一个可旋转的光栅和耦合输出镜，当光栅或耦合输出镜发生转动时，与耦合输出镜镜面相互垂直的衍射方向随之变化，对应的能被耦合输出镜部分反射并原路返回激光芯片中形成激光振荡和输出的光波长也随之改变，即实
现了输出激光波长的调谐，但不存在两个相邻调谐波段范围之间的衔接波长附近合束后光功率大幅度衰减的问题，实现了高合束效率。
[0007]本专利技术提供一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，包括发光准直部件，用于将发光准直部件输出的准直后的光束衍射并分离的光栅和将光栅输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜；
[0008]光栅和耦合输出镜至少有一个是可旋转的，通过旋转实现光波长的调谐；
[0009]发光准直部件包括半导体激光芯片和用于将半导体激光芯片的光束进行准直的腔内准直器。
[0010]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，耦合输出镜包括耦合输出镜本体，还包括与耦合输出镜本体连接的用于旋转耦合输出镜本体的耦合输出镜旋转台；
[0011]用于驱动耦合输出镜旋转台旋转的方式为手动或电动或MEMS驱动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或MEMS驱动；MEMS驱动包括静电驱动或电磁驱动。
[0012]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，光栅包括光栅本体，还包括与光栅连接的用于旋转光栅本体的旋转台；
[0013]用于驱动旋转台转动的方式为手动或电动；电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或MEMS驱动；MEMS驱动包括静电驱动或电磁驱动；
[0014]光栅本体的衍射级次为
±
1级、
±
2级；光栅本体工作方式为反射式或透射式；光栅本体种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或MEMS光栅；光栅本体面型为平面或曲面；光栅本体表面光学膜层为增透膜、增反膜、特定透过率膜或不镀膜。
[0015]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，发光准直部件设置有多个。
[0016]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，不同发光准直部件中的半导体激光芯片加电方式为同时加电或分时切换加电；不同发光准直部件中的腔内准直器使用相同或不同类型的腔内准直器。
[0017]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，还包括设置在腔内准直器和光栅之间用于准直后的光束反射至光栅的平面反射镜。
[0018]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，半导体激光芯片为传统半导体激光芯片、量子级联激光芯片、带间级联激光芯片或LED芯片，半导体激光芯片输出光束波长为紫外、可见光、近红外、中红外、远红外或太赫兹波段；半导体激光芯片输出光束被腔内准直器、光栅和耦合输出镜的工作波段覆盖。
[0019]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，半导体激光芯片为宽谱芯片或法布里-珀罗芯片；半导体激光芯片两个端面镀增透膜、增反膜、特定透过率膜或者不镀膜。
[0020]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，腔内准直器的工作方式为透射式或反射式；腔内准直器的面型为球面、抛物面或复杂非球面；腔内准直器的组成为单片式或多片组合式；腔内准直器表面光学膜层为增透膜或增反膜；
[0021]耦合输出镜基材为熔融石英、BK7、蓝宝石、硅、锗或硒化锌等；耦合输出镜两个表
面光学膜层为增透膜、增反膜或特定透过率膜。
[0022]本专利技术所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，作为优选方式，还包括设置在光栅和耦合输出镜之间用于输出光束的光学分光器件；宽调谐半导体激光器腔型激光输出形式为空间光输出或光纤耦合输出。
[0023]半导体激光芯片：用于接收注入电流，输出具有一定光谱宽度和空间发散角的自发辐射荧光，为外腔波长选择提供光源；
[0024]腔内准直器：用于对激光芯片腔内端输出的发散光束进行准直，减小光束发散角；
[0025]光栅：用于对准直光束进行衍射，将不同波长的光束在空间上进行分离；
[0026]耦合输出镜：用于将衍射方向与其镜面相互垂直的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，其特征在于：包括发光准直部件(1)，用于将所述发光准直部件(1)输出的准直后的光束衍射并分离的光栅(2)和将所述光栅(2)输出的衍射光束反射或透射的耦合输出镜(3)；所述光栅(2)和所述耦合输出镜(3)至少有一个是可旋转的，通过旋转实现光波长的调谐；所述发光准直部件(1)包括半导体激光芯片(11)和用于将所述半导体激光芯片(11)的光束进行准直的腔内准直器(12)。2.根据权利要求1所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，其特征在于：所述耦合输出镜(3)包括耦合输出镜本体(31)，还包括与所述耦合输出镜本体(31)连接的用于旋转所述耦合输出镜本体(31)的耦合输出镜旋转台(32)；用于驱动所述输出镜旋转台(32)旋转的方式为手动或电动；所述电动包括直流电机驱动或、步进电机驱动、压电驱动或MEMS驱动；所述MEMS驱动包括静电驱动或电磁驱动。3.根据权利要求1所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，其特征在于：所述光栅(2)包括光栅本体(21)，还包括与所述光栅(2)连接的用于旋转所述光栅本体(21)的旋转台(22)；用于驱动所述旋转台(22)转动的方式为手动或电动；所述电动包括直流电机驱动、步进电机驱动、压电驱动或MEMS驱动；所述MEMS驱动包括静电驱动或电磁驱动；所述光栅本体(21)的衍射级次为
±
1级、
±
2级；所述光栅本体(21)工作方式为反射式或透射式；所述光栅本体(21)种类为刻线光栅、全息光栅、阶梯光栅或MEMS光栅；所述光栅本体(21)面型为平面或曲面；所述光栅本体(21)表面光学膜层为增透膜、增反膜。4.根据权利要求1所述的一种基于多路复合外腔合束的宽调谐半导体激光器腔型，其特征在于：所述发光准直部件(1)设置有多个。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彦，张宇露，高志强，周建发，钟亮，刘蓓，徐暠，韩宁宁，史青，彭泳卿，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：