一种坏腔双频法拉第激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种坏腔双频法拉第激光器，其特征在于，包括激光二极管系统、法拉第原子滤光器和谐振腔；其中，激光二极管系统包括半导体激光二极管和驱动电路，其产生的光输出至法拉第原子滤光器；半导体激光二极管的出光远端面镀高反膜，作为谐振腔的第一腔镜，半导体激光二极管的出光端面镀增透膜；法拉第原子滤光器位于谐振腔内，作为外腔选频器件，用于对半导体激光二极管产生的光进行选频，得到双频法拉第激光并稳定在法拉第原子滤光器的透射带宽内；谐振腔包括第一腔镜与第二腔镜，第二腔镜的反射率设置为使双频法拉第激光的腔模线宽大于所述法拉第原子滤光器的透射谱带宽，从而使双频法拉第激光均工作在坏腔区域，得到坏腔双频法拉第激光。坏腔双频法拉第激光。坏腔双频法拉第激光。

【技术实现步骤摘要】
一种坏腔双频法拉第激光器


[0001]本专利技术属于激光
，具体涉及一种坏腔双频法拉第激光器。

技术介绍

[0002]普通的外腔半导体激光器结构紧凑、效率高、可靠性强，在精密测量、冷原子物理、量子通信等领域应用广泛。常见的半导体激光器一般利用外腔光反馈压窄激光线宽，并结合外腔中的选频器件实现频率选择。目前国际上最常用的是基于光栅和干涉滤光片的选频方法，采用不同的选频器件可以实现不同类型的激光器，如分布式反馈(DFB,Distributed Feedback)与分布式布拉格反射(DBR,Distributed Bragg Reflector)激光器是在半导体材料上刻蚀光栅；光纤布拉格光栅(FBG,Fiber Bragg Grating)激光器是在光纤上刻蚀光栅；波导布拉格光栅(WBG,Waveguide Bragg Grating)激光器是在平面波导材料上刻蚀光栅；干涉滤光片外腔反馈激光器是利用镀膜的干涉滤光片选频。然而，上述光栅对刻蚀工艺要求极高，干涉滤光片对镀膜精度要求很高，因此制作难度大。更重要的是，利用光栅、干涉滤光片选频的方案，其透过率会受到机械振动、环境温度和电流变化的影响，导致激光器频率存在长期漂移，且容易跳模，在激光器室外应用和长时应用方面带来了许多实际问题。
[0003]相比于上述光栅、干涉滤光片选频器件，法拉第反常色散原子滤光器具有响应速度快、长期稳定可靠、视场角大、透过率高等优点，在空间光通信、雷达遥感、水下通信等领域应用广泛。法拉第原子滤光器利用了原子气室内原子蒸汽的共振法拉第旋光效应，只有在一定频率范围内的信号光可以与滤光器中的原子发生共振相互作用，透过频率取决于原子共振频率，透射带宽可达MHz量级，远小于传统的选频方式，且透过频率对激光二极管温度、电流变化的鲁棒性更强，因此可以作为很好的激光选频器件。
[0004]目前法拉第激光器以单频工作模式为主，若将单频法拉第激光扩展到双频模式，可以进一步扩大法拉第激光器的应用范围。中国专利技术专利ZL201910943184.8公开了一种双频法拉第半导体激光器及其实现方法。通过适当地控制温度、磁场条件，可以使法拉第原子滤光器输出两个透过率相当的透射谱，将此选频器件置于外腔结构中，可以实现双频法拉第激光器，这种相干性极好的双频激光在激光频率稳定与高分辨率光谱等方面具有广泛应用。目前已有的双频法拉第激光器线宽在几十kHz量级，若要进一步压窄双频激光的线宽，需要改变激光的工作区域。可以通过改变外腔镜的反射率，使双频法拉第激光器的腔模线宽大于法拉第原子滤光器透射谱带宽，使双频激光均工作在坏腔区域，输出光的频率主要由原子决定，不易受外界振动、温度变化引入的腔长热噪声影响，可以有效抑制腔牵引效应，达到压窄激光频率线宽的效果，优化双频法拉第激光器的频率稳定度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术公开了一种坏腔双频法拉第激光器。本专利技术采用法拉第原子滤光器，利用原子与光相互作用时的法拉第旋光效应，只有频率在特定量子跃迁频率附近的线偏振光才能透过。通过调节合适的原子气室温度和外加磁场强
度，实现对应原子基态超精细能级到激发态跃迁的两个透过率相近的法拉第透射谱，结合外腔镜的光反馈作用，实现双频输出，这种相干性极好的双频激光在激光频率稳定与高分辨率光谱等方面应用广泛。
[0006]根据谐振腔腔模线宽确定本专利技术坏腔双频法拉第激光器的腔镜反射率；其中，谐振腔腔模线宽其中FSR为自由光谱范围；F为腔精细度；r1为激光二极管出光远端面腔镜的反射系数，该腔镜为高反镜，本专利技术实施例中r1＝0.95；r2为外腔腔镜的反射系数，通过理论计算选取合适的值，从而使双频法拉第激光工作在坏腔区域；T
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为激光通过原子滤光器与外腔镜后的透过率。通过控制磁场、温度、光强以及法拉第原子滤光器的选频方式，可以将原子滤光器的透射谱带宽控制在对应原子跃迁自然线宽量级。通过调节外腔镜的反射率，使双频法拉第激光的腔模线宽大于法拉第原子滤光器透射谱带宽，此时双频法拉第激光均工作在坏腔区域，坏腔双频激光频率对外界振动、温度变化引入的腔长热噪声具有抑制作用，可以进一步提高双频法拉第激光器的频率稳定度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]坏腔双频法拉第激光器在结构上包括：激光二极管系统、法拉第原子滤光器和谐振腔。
[0009]基于法拉第原子滤光器的两种工作方式，本专利技术采用两种方案，分别是利用法拉第磁致旋光方法实现法拉第原子滤光器选频，以及利用光抽运方法实现感生二向色型法拉第原子滤光器选频。
[0010]方案一利用磁致旋光效应实现法拉第反常色散原子滤光器选频。由驱动电路驱动激光二极管输出光，进入法拉第原子滤光器，经过第一格兰泰勒棱镜和第一环形磁铁后，进入原子气室，该原子气室处在由一对环形磁铁形成的均匀磁场中，由于赛曼分裂和法拉第旋光效应，只有偏振方向旋转90
°
的特定频率的光可以通过第二格兰泰勒棱镜输出。通过调节合适的原子气室温度和外加磁场强度，使法拉第原子滤光器输出两个透过率相当的透射谱，经过谐振腔反馈后，同时输出两个激光模式。设置外腔镜反射率为合适值，使双频激光的腔模线宽大于原子滤光器的透射谱带宽，得到工作在坏腔区域的双频激光。
[0011]方案二采用光抽运方法实现感生二向色型法拉第原子滤光器选频。以被动式原子滤光器为例。由驱动电路驱动外腔半导体激光器输出泵浦光，经过四分之一波片成为圆偏振光，从右侧进入原子气室，对具有速度选择性的原子进行泵浦，导致原子在滤光器工作下能级的磁子能级上不再均匀分布。从半导体激光二极管发出的光，在经过第一格兰泰勒棱镜后成为线偏振光，与气室内的速度选择原子相互作用时，由于圆偏振泵浦光产生感生二向色性从而产生旋光效应：若泵浦光为左旋圆偏振光，将导致原子不再均匀分布，布局在磁量子数最高的磁子能级上。因此，当线偏振光入射时，只有右旋圆偏振光分量能找到可以耦合的工作上能级，并与原子发生共振相互作用，折射率发生变化。而左旋圆偏振光分量没有可供耦合的工作上能级，折射率不会发生变化(右旋圆偏振泵浦光反之)。因此信号光通过原子气室后，两个圆偏振分量产生折射率差，只有旋转90
°
的频率分量可以最大限度地通过第二格兰泰勒棱镜输出。通过调节合适的原子气室温度和外加磁场强度，原子滤光器可以输出两个透过率相当的透射谱，经过谐振腔反馈后，同时输出两个激光模式。设置外腔镜的
反射率为合适值，使双频激光的腔模线宽大于原子滤光器的透射谱带宽，得到工作在坏腔区域的双频激光。
[0012]所述激光二极管用于产生光，并输出至原子滤光器。包括半导体激光二极管和驱动电路，激光二极管出光远端面镀高反膜，作为谐振腔腔镜之一，出光端面镀增透膜，防止在激光二极管两表面之间形成内腔模。
[0013]所述方案一中磁致旋光法拉第原子滤光器包括第一格兰泰勒棱镜、第一环形磁铁、原子气室、第二环形磁铁、第二格兰泰勒棱镜。其外部设有控温装置以及用于减小外界磁场干扰的磁屏蔽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种坏腔双频法拉第激光器，其特征在于，包括激光二极管系统、法拉第原子滤光器和谐振腔；其中，所述激光二极管系统包括半导体激光二极管和驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述半导体激光二极管产生光并输出至所述法拉第原子滤光器；所述半导体激光二极管的出光远端面镀高反膜，作为所述谐振腔的第一腔镜，所述半导体激光二极管的出光端面镀增透膜；所述法拉第原子滤光器位于所述谐振腔内，作为外腔选频器件，用于对所述半导体激光二极管产生的光进行选频，得到双频法拉第激光并稳定在法拉第原子滤光器的透射带宽内；所述谐振腔包括所述第一腔镜与第二腔镜，所述第二腔镜的反射率设置为使双频法拉第激光的腔模线宽大于所述法拉第原子滤光器的透射谱带宽，从而使双频法拉第激光均工作在坏腔区域，得到坏腔双频法拉第激光。2.根据权利要求1所述的坏腔双频法拉第激光器，其特征在于，所述法拉第原子滤光器为磁致旋光法拉第原子滤光器。3.根据权利要求2所述的坏腔双频法拉第激光器，其特征在于，所述磁致旋光法拉第原子滤光器包括依次放置的第一格兰泰勒棱镜、第一环形磁铁、原子气室、第二环形磁铁、第二格兰泰勒棱镜；其中，第一格兰泰勒棱镜出射光的偏振方向与第二格兰泰勒棱镜出射光的偏振方向之间相互正交，消光比为105：1。4.根据权利要求3所述的坏腔双频法拉第激光器，其特征在于，所述磁致旋光法拉第原子滤光器的外部设有控温装置和磁屏蔽装置。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，秦晓敏，史田田，张佳，缪健翔，
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：