分布反馈注入放大半导体激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种分布反馈注入放大半导体激光器，电流温度控制电路与主激光器和锥形激光放大器电流温度控制接口相连，分布反馈半导体激光管固定在热电致冷封装模块后与主激光器调整座相连，主激光器准直透镜放置在准直透镜调整座上后与主激光器底座相连，格兰泰勒棱镜与旋光器相连组成光隔离器，锥形激光放大芯片、热敏电阻和锥形激光放大器输入、输出端透镜调整座与锥形激光放大器底座外壳相连后固定在热电致冷块上，主激光器的输出激光经过光隔离器后注入锥形激光放大器，放大激光经过光隔离器后通过光反馈实现激光功率稳定，光经过整形后输出高斯光束。本实用新型专利技术结构紧凑，方便调节，激光线宽窄，功率高，稳定性好，实用性强。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种半导体激光器，更具体涉及一种分布反馈注入放大半导体激光 器，本技术适用于激光冷却、原子囚禁、激光光谱、非线性光学等领域。
技术介绍
1917年爱因斯坦提出了受激辐射的概念，20世纪50年代，苏联科学家巴索夫和普罗 霍罗夫发表了《实现三能级粒子数反转和半导体激光器建议》的论文，为激光的出现提供 了理论的依据。在1960年，加州休斯实验室的梅罗研制成了世界上第一台红宝石激光器， 他用红宝石晶体作为发光材料，用发光密度很高的脉冲氙灯作为激光的泵浦源，经过多年 的努力获得了历史上的第一束激光，其波长是694nm。在我国，第一台红宝石激光器于1961 年在中国科学院长春光机所研制成功，此后我国的激光技术得到了迅速的发展，并在各个 领域得到了广泛的应用。目前在不同领域常用的激光器有固体激光器、液体激光器、气体 激光器、光纤激光器和半导体激光器等。半导体激光器是以半导体材料为工作物质的一类激光器，也称半导体激光二极管。半 导体材料的特殊性决定了半导体激光器有着自身的优势，其特点是体积小、效率高、线宽 窄、稳定性好、单模工作。按照半导体激光器的发展历史和发展水平，可将其分为三个大 致的阶段，即同质结半导体激光器阶段、 一般异质结半导体激光器阶段和量子阱半导体激 光器阶段。同质结半导体激光器是由单一半导体材料组成的激光器，釆用两种禁带宽度相 同的半导体材料构成发光结，采用两个抛光的平行的端面作为谐振腔，抛光的端面垂直于 P-N结平面，形成了相当于小型的法布里-珀罗(F-P)干涉仪的谐振腔。异质结半导体激 光器由两种不同的半导体材料构成发光结，要求这两种半导体材料的晶格常数相匹配，异 质结的禁带宽度之差造成的势垒对注入载流子的限制作用和异质结的高注入比特性有助 于粒子数反转的建立，两种材料折射率的不同提供了做成光波导的可能性，从而减小了光 在谐振腔以外的损失。双异质结构激光器提供了明确的介质波导而成为能够在室温连续工作的注入型激光器。从应用方面来考虑，从上世纪70年代开始相继出现了一些不同结构 特点的单模激光器，比如分布反馈半导体激光器(DFB)、分布布拉格反射半导体激光器 (DFR)、解理耦合腔半导体激光器等。量子阱是一种将窄带隙的有源层夹在宽带隙半导体 材料之间而形成的一种层状结构，其有源层的厚度小于电子的德布罗意波长，也可以看成 是一种半导体异质结结构。从应用角度来考虑，它有阈值电流低、输出功率高、频率响应 好、线宽窄和温度稳定性好等一些优点，因此在研究领域中被人们所关注。在冷原子物理实验和相关应用中，线宽窄、功率高、稳定性好、可小型化的激光器有 着迫切需要。通常情况下，F-P型的半导体激光管都有着线宽的限制，在冷原子实验、激 光光谱以及非线性光学等应用中都不能满足实验的要求。因此出现了外腔反馈半导体激光 器，它是利用光栅反馈来增加激光腔长，从而压窄激光的线宽，其类型有Litrrow型和 Littman型，典型的产品有德国的Toptica公司以及美国Newfocus的相关产品。虽然外腔的 设计方案有效的压窄了半导体激光器的线宽，但是外腔的引入不可避免的增加了半导体激 光器的机械不稳定性，在实验中，通常利用饱和吸收谱线和其它方法将其锁定来解决其长 期稳定性问题。分布反馈半导体激光管有效地解决了激光线宽和长期稳定性的问题，它将 光栅集成在激光管的内部，既增加了半导体激光管的有效腔长，又减小了因引入外腔而增 加的机械不稳定性，同时又解决了激光器的小型化问题，可以满足冷原子的相关实验要求。 但是这种类型的激光管输出的功率通常情况都不是很高，对输出波长在780nm附近的激光 管输出功率在80mW左右，所以对激光的放大也有着迫切的需要。通常解决的方案是利用 锥形激光放大芯片对其进行放大，典型的产品有德国Toptica公司生产的相关产品，比如 TAIOO。它是将Litrrow型的外腔反馈半导体激光器作为注入光源，通过光隔离器后注入锥 形激光放大芯片对其进行放大。但是，该产品对锥形激光放大器的电流控制的精度相当的 严格，电流的波动直接影响着放大激光的稳定性。在我们的设计中，通过分束镜实现分 光系统，采取对锥形激光放大器的电流进行反馈控制，既降低了对大电流控制电路的设计 要求，又保证了放大后的激光稳定性，机械设计提供给放大芯片的封闭环境，防止灰尘进 入以致虽坏芯片，多维调节保证了放大激光输出光斑的质量，陶瓷电极的设计防止电流击 穿现象以致保证更大的电流给锥形激光放大芯片供电，同时避免了焊接中的静电问题，我 们的设计具有结构简单，调节方便，容易实现，功率稳定等特点。
技术实现思路
本技术的目的在于提供了一种分布反馈注入放大半导体激光器，采用分布反馈(DFB)半导体激光管作为锥形激光放大器的主激光器，通过非球面镜准直激光光束，有 效地解决了半导体激光器的线宽和功率问题，采用格兰泰勒棱镜和旋光器组成光隔离器， 有效地解决了由光学反馈而引起的激光多模问题，采用非球面镜将分布反馈半导体激光器 的准直光束聚焦到锥形激光放大芯片后得到大功率的激光光束，用非球面镜对放大后的激 光束进行准直，光电探测器用来探测微弱光以实现电流反馈进行功率稳定，用柱面镜对其 整形后得到近似圆形的高斯光束。该激光器结构紧凑，激光线宽窄，功率高，稳定性好， 实用性强。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案一种分布反馈注入放大半导体激光器，它包括主激光器、第一光隔离器、锥形激光放 大器、第二光隔离器、微弱光探测激光功率稳定系统和激光整形系统六个部分组成，其特 征是电流温度控制电路与主激光器电流温度控制接口和锥形激光放大器电流温度控制接 口相连，锥形激光放大芯片的电极经过陶瓷电极与其电流温度控制接口相连，主激光器调 整座和主激光器准直透镜调整座与主激光器底座相连，分布反馈半导体激光管与热电致冷 封装模块相连后固定在主激光器调整座上，主激光器准直透镜和主激光器透镜调整座相 连，格兰泰勒棱镜与旋光器相连组成光隔离器后固定在光隔离器底座上，锥形放大激光器 底座与热电致冷块相连，锥形激光放大器输入端聚焦透镜调整座、锥形激光放大器输出端 准直透镜调整座和锥形激光放大器底座与热电致冷块相连，锥形激光放大芯片和热敏电阻 与锥形激光放大器底座相连，锥形激光放大器输入端聚焦透镜与锥形激光放大器输入端聚 焦透镜调整座相连，锥形放大激光器输出端准直透镜与锥形激光放大器输出端准直透镜调 整座相连，柱面镜与柱面镜底座相连，主激光器的输出激光经过光隔离器后注入锥形激光 放大器，放大后的激光经过光隔离器再经过分束镜，光经过柱面镜后整形输出高斯光束。 主激光器包括分布反馈半导体激光管、热电致冷封装模块、主激光器调整座、主激光器准 直透镜和主激光器准直透镜调整座，分布反馈半导体激光管与热电致冷封装模块相连，热 电致冷封装模块与主激光器调整座相连调解其左右的位置，主激光器准直透镜与主激光器 准直透镜调整座相连调解器上下的位置，主激光器准直透镜与分布反馈半导体激光管发光 端面的位置通过准直透镜前后调节，调节分布反馈半导体激光管和主激光器准直透镜的相 对位置，得到准直的高斯光束。第一光隔离器由格兰泰勒棱镜、旋光器、格兰泰勒棱镜依 次相连组成，第二光隔离器由格兰泰勒棱镜、旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布反馈注入放大半导体激光器，它包括主激光器（Ａ）、第一光隔离器（Ｂ）、锥形激光放大器（Ｃ）、第二光隔离器（Ｄ）、微弱光探测激光功率稳定系统（Ｅ）和激光整形系统（Ｆ）、放大后的激光束通过分束镜（３８），其特征是电流温度控制电路（１）与主激光器电流温度控制接口（２）和锥形激光放大器电流温度控制接口（３）相连，锥形激光放大芯片（２１）的电极经过陶瓷电极（４０）与电流温度控制接口（３）相连，主激光器调整座（４）和主激光器准直透镜调整座（８）与主激光器底座（４）相连，分布反馈半导体激光管（７）与热电致冷封装模块（６）相连后固定在主激光器调整座（４）上，主激光器准直透镜（９）和主激光器透镜调整座（８）相连，第一至第四格兰泰勒棱镜（１２、１３、２６、２７）与第一、第二旋光器（１１、２５）相连组成光隔离器后固定在第一、第二光隔离器底座（１０、２４）上，锥形放大激光器底座（１４）与热电致冷块（１６）相连，锥形激光放大器输入端聚焦透镜调整座（１９）、锥形激光放大器输出端准直透镜调整座（２３）和锥形激光放大器底座（１４）与热电致冷块（１６）相连，锥形激光放大芯片（２１）和热敏电阻（１７）与锥形激光放大器底座（１４）相连，锥形激光放大器输入端聚焦透镜（２０）与锥形激光放大器输入端聚焦透镜调整座（１９）相连，锥形放大激光器输出端准直透镜（２２）与锥形激光放大器输出端准直透镜调整座（２３）相连，柱面镜（２９）与柱面镜底座（２８）相连，主激光器的输出激光经过光隔离器后注入锥形激光放大器，放大后的激光经过光隔离器再经过分束镜（３８），光经过柱面镜（２９）后整形输出高斯光束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李润兵，陈立，熊宗元，王谨，詹明生，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]