一种可调谐外腔半导体激光器及调节方法技术

本发明专利技术公开了一种可调谐外腔半导体激光器及调节方法。本发明专利技术激光器中，激光二极管(6)通过激光二极管压块(12)固定在激光二极管安装座(7)上，激光二极管(6)发光点处于非球面透镜(8)的焦点；激光二极管安装座(7)固定在基座(9)上；光栅座(10)固定在基座(9)上，光栅座(10)中部加工有可调部分(21)，可调部分(21)与光栅座(10)之间铰链相连；光栅(14)与反射镜(13)安装在可调部分(21)内部，压电陶瓷(15)一端连接于可调部分(21)外部、另一端连接于不锈钢板(16)上；精密调节螺丝(17)安装在光栅座(10)上，精密调节螺丝(17)一端与不锈钢板(16)接触。

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐外腔半导体激光器及调节方法
本专利技术属于激光
，涉及一种可调谐外腔半导体激光器及调节方法。
技术介绍
外腔半导体激光器具有可调谐范围宽，窄线宽，波长覆盖范围大等优点，广泛应用于原子物理、量子精密测量等领域。外腔将激光谐振腔延申至激光二极管外面，利用光学反馈元件实现外部光振荡，腔长远远大于激光二极管前后端面形成的内腔，这极大的压榨了激光线宽。外腔半导体激光器广泛采用Littrow结构，利用闪耀光栅的特性，其一级衍射光原路返回与激光二极管端面形成外腔，同时光栅还作为激光器的选频器件。转动光栅可以改变外腔长度与激光器的选频波段。申请号201910300590.2的中国专利申请公开一种光栅外腔反馈半导体激光器及其调节方法；其中光栅的调节范围源自橡胶垫圈的压缩与反弹。此方法有两个缺点：第一，调节时橡胶垫在水平与竖直方向同时变化，导致频率调节与扫描的同时激光功率输出不稳定；第二，为保证光栅在两个方向均可调，橡胶需要一直保持压缩状态，如此才能通过挤压与放松提供两个可调方向。而且当橡胶垫一直处于压力之下，会影响橡胶垫的使用寿命与一致性。申请号DE102007028499.5的德国专利申请公开了名称为“AbstimmbaresDiodenlasersystemmitexternemResonator”的方案，该方案中光栅座与基座之间无紧密固定，降低了系统的稳定性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种可调谐外腔半导体激光器及调节方法。本专利技术的技术方案为：一种可调谐外腔半导体激光器，其特征在于，包括激光器外壳，以及位于所述激光器外壳内的激光二极管6、激光二极管安装座7、非球面透镜8、基座9、光栅座10；其中，所述激光器外壳的前盖板3上加工有窗片安装孔，用于安装与激光器的波段匹配的窗片；激光二极管6通过激光二极管压块12固定在激光二极管安装座7上，激光二极管6发光点处于非球面透镜8的焦点；激光二极管安装座7固定在基座9上；光栅座10固定在基座9上，光栅座10中部加工有可调部分21，可调部分21与光栅座10之间铰链相连；光栅14与反射镜13安装在可调部分21内部，压电陶瓷15一端连接于可调部分21外部、另一端连接于不锈钢板16上；精密调节螺丝17安装在光栅座10上，精密调节螺丝17一端与不锈钢板16接触，用于通过调节精密调节螺丝17对可调部分21施加外力，使其转动，实现激光与光栅14水平夹角的精密调节；压电陶瓷15用于使光栅14角度周期性变化，实现激光频率的周期性扫描；基座9上加工有两通光孔道，用于将经非球面透镜8输出的激光通过第一通光孔道入射到光栅14，光栅14衍射的光经反射镜13、第二通光孔道输出。进一步的，所述透镜8与二极管安装座7通过螺纹安装在一起，在螺纹作用下，通过旋转非球面透镜8调节非球面透镜8与激光二极管6之间的距离。进一步的，激光二极管安装座7通过基座9上的通孔901固定基座9上。进一步的，光栅座10上加工有通孔19，基座9上加工有螺纹孔18，通过螺钉穿过通孔19与螺纹孔18固定，从而将光栅座10与基座9固定。进一步的，基座9内加工有用于放置光栅座10的凹槽902；光栅座10为部分圆柱体，光栅座10外径与凹槽902的内径相同，光栅座10可在凹槽902中绕轴转动，用于通过转动光栅座10改变激光与光栅14的水平夹角，从而改变激光频率。进一步的，光栅14与反射镜13的表面平行，用于确保光栅座10转动时，激光的传播方向不发生改变。进一步的，精密调节螺丝17与不锈钢板16的接触端为球头。进一步的，所述激光器外壳内设有半导体制冷器5和热敏电阻22，所述激光器外壳的后盖板4装有7W2接口，半导体制冷器5、激光二极管6、热敏电阻22、压电陶瓷15的导线分别通过7W2接口与控制机箱相连。一种可调谐外腔半导体激光器的调节方法，其步骤包括：1)通过控制箱使激光二极管6发光后，旋转非球面透镜8，使激光二极管6与非球面透镜8间距发生改变，直到激光二极管6的发光点处于非球面透镜8的焦平面上，输出平行光；2)调节激光二极管安装座7相对非球面透镜8光轴的左右位置，直到激光二极管6发射光斑的形状左右对称；3)转动光栅座10，通过激光二极管6发出的激光功率变化初步寻找到工作点，然后将光栅座10与基座9固定在一起；4)转动激光二极管安装座7，直到激光二极管6发出的激光功率达到最大值；然后将激光二极管安装座7与基座9固定在一起；5)通过控制机箱周期性扫描压电陶瓷15的腔长，通过检测激光的频率，调制精密调节螺丝17精密调节光栅14与光线之间的角度，直到激光频率在目标频率处无调模周期性调谐。与现有技术相比，本专利技术的积极效果为：激光二极管与基座之间通过两个螺钉相连，结构简单，调节方便。光栅与底座之间的连接为螺钉与金属铰链，结构稳定，增加了系统的抗干扰能力。光栅座为非整体的圆柱结构，为部分圆柱结构，在保证了光栅座相对基座一定角度内的转动，改变光栅与光线角度的同时缩小了整体的体积，提高了系统的稳定性。附图说明图1为本专利技术的系统结构图；图2为激光二极管安装示意图；图3为基座示意图；图4为光栅座装配示意图；图5为激光传播示意图。具体实施方式下面对本专利技术的详细方法流程作进一步地描述：如图1所示，本专利技术整个系统包括顶盖板1、底板2、前盖板3、后盖板4、半导体制冷器5、激光二极管6、激光二极管安装座7、非球面透镜8、基座9、光栅座10、盖板11。顶盖板1、底板2、前盖板3、后盖板4通过螺钉连接，组成激光器的外壳，减小外界空气扰动与灰尘对激光器的损伤。基座9与盖板11通过螺钉相连，在基座内形成密闭空间，保护其中的光学元件。前盖板3上加工有玻璃窗片的安装孔，可根据激光器的波段合理选用窗片。后盖板4装有7W2接口，激光二极管6、半导体制冷器5、热敏电阻22与压电陶瓷15通过7W2接口与控制机箱相连，实现对激光二极管6电流与温度的控制；其中热敏电阻22的导线、压电陶瓷15的导线通过7W2接口与控制机箱相连，热敏电阻22为控制机箱提供激光二极管6的温度信息，控制机箱由此温度信息控制半导体制冷器5进行制冷或者发热以保证激光二极管6的温度稳定；控制机箱调谐压电陶瓷15的电压可调谐压电陶瓷15的长度，实现可调部分21带动光栅14做角度调谐。如图2所示，为激光二极管6的装配示意图，包括激光二极管6、激光二极管安装座7、非球面透镜8、激光二极管压块12、热敏电阻22。激光二极管6通过激光二极管压块12固定在激光二极管安装座7上。透镜8与二极管安装座7通过螺纹安装在一起。在激光二极管6安装完后，在螺纹作用下，旋转透镜8可调节透镜8与激光二极管6之间的距离。激光二极管6发出的激光为发散激光，激光二极管6发光点处于非球面透镜8的焦点时，激光被整形为平行光。基座示意图如图3所示，其中包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调谐外腔半导体激光器，其特征在于，包括激光器外壳，以及位于所述激光器外壳内的激光二极管(6)、激光二极管安装座(7)、非球面透镜(8)、基座(9)、光栅座(10)；其中，/n所述激光器外壳的前盖板(3)上加工有窗片安装孔，用于安装与激光器的波段匹配的窗片；激光二极管(6)通过激光二极管压块(12)固定在激光二极管安装座(7)上，激光二极管(6)发光点处于非球面透镜(8)的焦点；激光二极管安装座(7)固定在基座(9)上；/n光栅座(10)固定在基座(9)上，光栅座(10)中部加工有可调部分(21)，可调部分(21)与光栅座(10)之间铰链相连；光栅(14)与反射镜(13)安装在可调部分(21)内部，压电陶瓷(15)一端连接于可调部分(21)外部、另一端连接于不锈钢板(16)上；精密调节螺丝(17)安装在光栅座(10)上，精密调节螺丝(17)一端与不锈钢板(16)接触，用于通过调节精密调节螺丝(17)对可调部分(21)施加外力，使其转动，实现激光与光栅(14)水平夹角的精密调节；压电陶瓷(15)用于使光栅(14)角度周期性变化，实现激光频率的周期性扫描；/n基座(9)上加工有两通光孔道，用于将经非球面透镜(8)输出的激光通过第一通光孔道入射到光栅(14)，光栅(14)衍射的光经反射镜(13)、第二通光孔道输出。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可调谐外腔半导体激光器，其特征在于，包括激光器外壳，以及位于所述激光器外壳内的激光二极管(6)、激光二极管安装座(7)、非球面透镜(8)、基座(9)、光栅座(10)；其中，
所述激光器外壳的前盖板(3)上加工有窗片安装孔，用于安装与激光器的波段匹配的窗片；激光二极管(6)通过激光二极管压块(12)固定在激光二极管安装座(7)上，激光二极管(6)发光点处于非球面透镜(8)的焦点；激光二极管安装座(7)固定在基座(9)上；
光栅座(10)固定在基座(9)上，光栅座(10)中部加工有可调部分(21)，可调部分(21)与光栅座(10)之间铰链相连；光栅(14)与反射镜(13)安装在可调部分(21)内部，压电陶瓷(15)一端连接于可调部分(21)外部、另一端连接于不锈钢板(16)上；精密调节螺丝(17)安装在光栅座(10)上，精密调节螺丝(17)一端与不锈钢板(16)接触，用于通过调节精密调节螺丝(17)对可调部分(21)施加外力，使其转动，实现激光与光栅(14)水平夹角的精密调节；压电陶瓷(15)用于使光栅(14)角度周期性变化，实现激光频率的周期性扫描；
基座(9)上加工有两通光孔道，用于将经非球面透镜(8)输出的激光通过第一通光孔道入射到光栅(14)，光栅(14)衍射的光经反射镜(13)、第二通光孔道输出。


2.如权利要求1所述的可调谐外腔半导体激光器，其特征在于，所述透镜(8)与二极管安装座(7)通过螺纹安装在一起，在螺纹作用下，通过旋转非球面透镜(8)调节非球面透镜(8)与激光二极管(6)之间的距离。


3.如权利要求1所述的可调谐外腔半导体激光器，其特征在于，激光二极管安装座(7)通过基座(9)上的通孔(901)固定基座(9)上。


4.如权利要求1所述的可调谐外腔半导体激光器，其特征在于，光栅座(10)上加工有通孔(19)，基座(9)上加工有螺纹孔(18)，通过螺钉穿过通孔(19)与螺纹孔(18)固定，从而将光栅座(10)与基座(9)固定。


5.如权利要求1所述的可调谐外腔半导体激光器，其特征在于，基座(9)内加工有用于放置光栅座(10)的凹槽(902)；光栅座(10)为部分圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨仕锋，范阳，齐向晖，陈徐宗，
申请(专利权)人：北京大学，北京优立光太科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11