一种无跳模连续调谐半导体激光器制造技术

本发明专利技术实施例中公开了一种无跳模连续调谐半导体激光器，包括：增益介质、第一准直透镜、衍射光栅、第二准直透镜、第三准直透镜、光束反射器和调谐装置；所述第三准直透镜和光束反射器设置于所述调谐装置上；所述调谐装置，用于驱动所述第三准直透镜在衍射光线所在的光路平面内沿垂直于通过所述第二准直透镜的光心的光轴的方向平动，并同时驱动所述光束反射器沿通过所述第二准直透镜的光心的光轴平动，以实现对所输出的激光频率的无跳模连续调谐。通过使用上述的激光器，可实现对激光频率的无跳模连续调谐，提高频率调谐稳定性，并降低所述激光器的生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体激光器
，尤其是指一种无跳模连续调谐半导体激光O
技术介绍
光源的波长调谐技术是激光技术中的重要组成部分，而可调谐光栅外腔半导体激光器(GTECL，Grating-tuned external cavity lasers)由于可以产生频率可调谐、窄线宽 和高光学相干性的激光光束，因此已经逐步成为高分辨率光谱测量、光通信、激光计量、光 存储、原子钟、光纤陀螺以及生物医学检测等多种应用设备的核心光源部件，并已被广泛地 应用于各个领域。在现有技术中，可调谐光栅外腔半导体激光器一般有两种类型。一种是 利特洛(Littrow)型可调谐光栅外腔半导体激光器，另一种是利特曼-迈特考夫 (Littman-Metcalf)型可调谐光栅外腔半导体激光器。其中，由于Littman-Metcalf型可调 谐光栅外腔半导体激光器可通过其紧凑的谐振腔结构产生宽频带、无跳模调谐的激光束， 因此Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器已成为现有技术中可调谐半导体 激光器的主要产品和设计之一。图1为现有技术中Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器的示意图。 如图1所示，该Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器中包括增益介质(gain medium) 101、准直透镜102、衍射光栅(diffraction grating) 103和光波反射器108。其中， 上述的增益介质101可用于产生稳定的光增益，并对进入该增益介质101的激光进行放大。 因此，上述增益介质101—般可以是半导体激光器(Laser diode)、二极管激光器、或者是 二极管发射器芯片(例如，常用的Fabry-Per0型二极管发射器芯片，或其它具有类似功能 的器件)。如图1所示，上述增益介质101具有一个后表面106和一个前表面107，该增益介 质101中所产生的光束经过准直透镜102后可得到一平行光束，该平行光束入射到衍射光 栅103上后被该衍射光栅103衍射；其中，由于衍射而产生的零级衍射光可直接作为输出激 光104 ；而一级衍射光则衍射至光波反射器108，然后沿原入射光路返回增益介质101中， 在增益介质101中经过振荡、放大后，成为输出激光105，从而实现窄线宽的单纵模(SLM， single longitudinalmode)激光输出。在上述的可调谐光栅外腔半导体激光器中，所述光波反射器108可绕旋转轴L旋 转。其中，所述旋转轴L位于增益介质101的后表面106的延长线、衍射光栅103的衍射表 面的延长线与光波反射器108的反射表面延长线的交点上，且该旋转轴L垂直于纸面方向； G点为光轴100与衍射光栅103衍射表面的交点；Q点为通过G点的衍射光线与光波反射器 108的交点。在上述可调谐光栅外腔半导体激光器中，衍射光栅103固定不动，而光波反射器 108则可绕固定的旋转轴L旋转。当光波反射器108绕旋转轴L旋转时，衍射角θ发生改变，外腔腔长(即M、G两点之间的距离与G、Q点两点之间的光路的总和)也发生改变；当旋转轴L处于合适的位置时，可使得此时的激光器的外腔腔长变化与激光器波长的变化同 步，因而可使得模数N保持为一个常量，所以可在激光频率发生变化的同时维持模数N不 变，从而实现对激光频率的无跳模连续调谐。上述Littman-Metcalf型可调谐光栅外腔半导体激光器虽然可产生覆盖整个由 衍射光栅所产生的光谱范围的最大的无跳模调谐范围，但是，由于上述光波反射器108的 位置一般距旋转轴L中心较远，所以只能采用机械旋转方式来驱动光波反射器108，以实现 激光波长或频率的改变与调谐。在实际的应用情况下，上述Littman-Metcalf型可调谐光 栅外腔半导体激光器中复杂的机械旋转机构以及超大尺寸的光波反射器，严重制约了该激 光器的频率调谐和重复扫描速度；而且，由于工业制造技术以及调试手段的限制，图1所示 的可调谐光栅外腔半导体激光器一般都存在光学器件色散和机械位置不对准的问题，从而 也大大限制了该激光器的无跳模调谐范围。综上可知，现有技术中所使用的激光器中存在着上述的诸多问题，从而大大限制 了可调谐光栅外腔半导体激光器在各种领域中的应用。因此，人们非常需要一种可实现连 续无跳模、且制造成本低、结构紧凑的无跳模连续调谐半导体激光器，以实现对激光频率的 无跳模连续调谐。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的主要目的在于提供一种无跳模连续调谐半导体激光 器，从而可实现对激光频率的无跳模连续调谐，提高频率调谐稳定性，并降低所述激光器的 生产成本。为达到上述目的，本专利技术实施例中的技术方案是这样实现的一种无跳模连续调谐半导体激光器，该激光器包括增益介质、第一准直透镜、衍 射光栅、第二准直透镜、第三准直透镜、光束反射器和调谐装置；所述增益介质输出的相干光束经过所述第一准直透镜后成被校准成为平行光束， 所述平行光束被所述衍射光栅衍射后，部分衍射光束作为第一输出激光被输出；另一部分 衍射光束经过由所述第二准直透镜和所述第三准直透镜组成的倒望远镜系统垂直入射到 所述光束反射器后，被所述光束反射器反射并沿原入射光路返回至所述增益介质中；当所 述返回至所述增益介质的光束经过所述增益介质的放大并达到或超过预先设定的激光器 振荡阈值时，所述返回至所述增益介质的光束的一部分作为第二输出激光经由所述增益介 质的后表面被输出；所述返回至所述增益介质的光束的其余部分将被所述增益介质的后表 面反射后再次放大并输出到所述衍射光栅和所述光束反射器，并被所述光束反射器反射后 再次沿入射光路返回至所述增益介质的后表面；其中，所述第三准直透镜和光束反射器设置于所述调谐装置上；所述调谐装置，用于驱动所述第三准直透镜在衍射光线所在的光路平面内沿垂直 于所述倒望远镜系统的基准光轴的方向平动，并同时驱动所述光束反射器沿所述倒望远镜 系统的基准光轴平动，以实现对所输出的激光频率的无跳模连续调谐。所述调谐装置包括第一驱动部件和第二驱动部件；其中，所述第一驱动部件，用于支撑或设置所述第三准直透镜，并驱动所述第三准直透镜在衍射光线所在的光路平面内沿垂直于所述倒望远镜系统的基准光轴的方向平动；所述第二驱动部件，用于支撑或设置所述光束反射器，并驱动所述光束反射器沿 所述倒望远镜系统的基准光轴平动。所述第一驱动部件包括第一机械弹性结构和第一驱动器；所述第一机械弹性结构，用于设置或支撑所述第三准直透镜；所述第一驱动器，用于驱动所述第一机械弹性结构，使得所述第三准直透镜在衍射光线所在的光路平面内沿垂直于所述倒望远镜系统的基准光轴的方向平动；所述第二驱动部件包括第二机械弹性结构和第二驱动器；所述第二机械弹性结构，用于设置或支撑所述光束反射器；所述第二驱动器，用于驱动所述第二机械弹性结构，使得所述光束反射器沿所述 倒望远镜系统的基准光轴平动。所述第一机械弹性结构还用于同步所述第一驱动器的驱动力；所述第二机械弹性结构还用于同步所述第二驱动器的驱动力。所述第一驱动器和第二驱动器为压电陶瓷驱动器；所述第一机械弹性结构和第二机械弹性结构为通过有线切割制成的弹性连接结 构。所述第一驱动部件和第二驱动部件为压电陶瓷线性驱动装置、步进电机或微电 子机械系统。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无跳模连续调谐半导体激光器，其特征在于，该激光器包括：增益介质、第一准直透镜、衍射光栅、第二准直透镜、第三准直透镜、光束反射器和调谐装置；所述增益介质输出的相干光束经过所述第一准直透镜后成被校准成为平行光束，所述平行光束被所述衍射光栅衍射后，部分衍射光束作为第一输出激光被输出；另一部分衍射光束经过由所述第二准直透镜和所述第三准直透镜组成的倒望远镜系统垂直入射到所述光束反射器后，被所述光束反射器反射并沿原入射光路返回至所述增益介质中；当所述返回至所述增益介质的光束经过所述增益介质的放大并达到或超过预先设定的激光器振荡阈值时，所述返回至所述增益介质的光束的一部分作为第二输出激光经由所述增益介质的后表面被输出；所述返回至所述增益介质的光束的其余部分将被所述增益介质的后表面反射后再次放大并输出到所述衍射光栅和所述光束反射器，并被所述光束反射器反射后再次沿入射光路返回至所述增益介质的后表面；其中，所述第三准直透镜和光束反射器设置于所述调谐装置上；所述调谐装置，用于驱动所述第三准直透镜在衍射光线所在的光路平面内沿垂直于所述倒望远镜系统的基准光轴的方向平动，并同时驱动所述光束反射器沿所述倒望远镜系统的基准光轴平动，以实现对所输出的激光频率的无跳模连续调谐。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张光志，
申请(专利权)人：山东远普光学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]