【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及窄线宽激光器领域，尤其涉及一种基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器。
技术介绍
1、超窄线宽半导体激光器具有线宽窄、体积小、功耗低以及成本低等优势，已经广泛应用于光纤通信、传感、微波信号源的产生等多个领域。使用高q值微腔反馈注入锁定半导体激光器，可以有效的降低半导体激光器线宽。
2、但是，将光耦合进高q值微腔的过程非常困难，常用的方法是通过拉锥光纤或者棱镜进行倏逝波耦合，无论哪种方法，对耦合精度的要求都非常高，极大的提高了封装复杂度、成品率等成本。设计一种新型结构的窄线宽激光器在保证窄线宽的同时降低制备封装难度是非常有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、本专利技术提供一种基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，包括：激光器芯片、聚焦透镜、定向输出的回音壁微腔、光隔离器以及光纤聚焦器；其中：
4、激光器芯片输出的光经聚焦透镜聚焦后入射进弧边五边形微腔中，回音壁微腔为高q值回音壁微腔，在腔中产生谐振，谐振后的光束分为两部分，一部分沿入射方向出射的光进入激光器芯片中实现反馈注入锁定；另一部分沿着回音壁微腔的定向输出方向出射，经过光隔离器后使用透镜或者光纤聚焦器收集后作为有效输出。
5、进一步地，本专利技术的所述窄线宽半导体激光器中的各个器
6、通过空间光耦合的方式实现；
7、制备到片上，通过异质集成或混合集成的方式实现。
8、进一步地，本专利技术的所述激光器芯片为边发射的fp腔激光器、dfb激光器、dbr激光器或面发射的vcsel激光器；
9、所述激光器芯片为单模或者多模激射，激光器激射波长或者激射波长之一能在回音壁微腔中产生高q值的谐振。
10、进一步地，本专利技术的所述激光器芯片的线宽计算公式为：
11、
12、其中，δνld是激光腔的冷腔线宽，αh是线宽增强因子，ν0是谐振频率，p是激光器输出光功率；δνld取决于腔的损耗，包括有源和无源区的平均损耗，以及输出引起的光子数密度的损耗。
13、进一步地，本专利技术的所述回音壁微腔为定向输出，具有谐振的光在特定方向出射的特点，回音壁微腔的光出射方向为一个或多个。
14、进一步地，本专利技术的所述回音壁微腔的制备材料包括：
15、采用氟化钙、氟化镁制备的晶体腔；或使用氮化硅在片上制备。
16、进一步地，本专利技术的所述回音壁微腔的形状包括：spiral形、带缺口的圆环或非对称弧边五边形。
17、进一步地，本专利技术的所述聚焦透镜将激光器芯片输出的椭圆高斯光束聚焦到一定大小的光斑尺寸以满回音壁微腔耦合时的模场匹配；高斯光束经理想薄透镜聚焦后在焦平面上的光斑直径为:
18、
19、其中，f为透镜焦距，d为入射激光光束直径。
20、进一步地，本专利技术的所述聚焦透镜的聚焦光斑直径在50-100um，透焦距选用10-20mm。
21、进一步地，本专利技术的所述回音壁微腔中，改变其中一条边的曲率将其压缩，邻边反射的模式的光线将从被压缩一边的中点泄露出来，其远场具有定向性，从而得到了腔内的沿5°和172°两个方向定向出射的模式。
22、本专利技术产生的有益效果是：
23、1、本专利技术利用定向出射的高q值回音壁微腔替代普通的回音壁微腔，在耦合制备过程中，只需要将激光器出射光对准定向出射回音壁微腔的出光方向即可实现耦合。由于不是使用倏逝波耦合，因此对耦合间距和位置的要求极大降低，可以简化封装制备流程和复杂度，在保证性能的情况下，降低生产成本，可应用于光纤通信、传感、微波信号源的产生等多个领域。
24、2、本专利技术提出一种基于高q值回音壁微腔反馈注入锁定压窄激光器线宽的方法，可以极大降低激光器线宽，在相干光通信、激光雷达、硅基光电子学等领域都有着重要的应用价值。
25、3、本专利技术中使用定向出射的高q值回音壁微腔，可以替代传统的回音壁微腔，而且耦合时不需要使用锥形透镜光纤或者棱镜，系统复杂度降低，节约物料成本。
26、4、本专利技术中只需将激光与定向出射高q值微腔的出光方像对准即可实现耦合，封装工艺和装调简单，封装工艺设备便宜，封装一致性好，有利于批量生产，且人力、物力、材料成本都能很大幅度缩省。
27、5、本专利技术中未使用棱镜进行耦合，避免了棱镜等光学器件产生的光反射，可以提高激光器抗光反馈的影响。
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1.一种基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，包括：激光器芯片(1)、聚焦透镜(2)、定向输出的回音壁微腔(3)、光隔离器(4)以及光纤聚焦器(5)；其中：
2.根据权利要求1所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述窄线宽半导体激光器中的各个器件的实现方式包括：
3.根据权利要求1所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述激光器芯片(1)为边发射的FP腔激光器、DFB激光器、DBR激光器或面发射的VCSEL激光器；
4.根据权利要求1所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述激光器芯片(1)的线宽计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述回音壁微腔(3)为定向输出，具有谐振的光在特定方向出射的特点，回音壁微腔(3)的光出射方向为一个或多个。
6.根据权利要求1所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述回音壁微腔(3)
7.根据权利要求1所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述回音壁微腔(3)的形状包括：spiral形、带缺口的圆环或非对称弧边五边形。
8.根据权利要求1所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述聚焦透镜(2)将激光器芯片(1)输出的椭圆高斯光束聚焦到一定大小的光斑尺寸以满回音壁微腔(3)耦合时的模场匹配；高斯光束经理想薄透镜聚焦后在焦平面上的光斑直径为:
9.根据权利要求8所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述聚焦透镜(2)的聚焦光斑直径在50-100um，透焦距选用10-20mm。
10.根据权利要求8所述的基于定向输出高Q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述回音壁微腔(3)中，改变其中一条边的曲率将其压缩，邻边反射的模式的光线将从被压缩一边的中点泄露出来，其远场具有定向性，从而得到了腔内的沿5°和172°两个方向定向出射的模式。
...【技术特征摘要】
1.一种基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，包括：激光器芯片(1)、聚焦透镜(2)、定向输出的回音壁微腔(3)、光隔离器(4)以及光纤聚焦器(5)；其中：
2.根据权利要求1所述的基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述窄线宽半导体激光器中的各个器件的实现方式包括：
3.根据权利要求1所述的基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述激光器芯片(1)为边发射的fp腔激光器、dfb激光器、dbr激光器或面发射的vcsel激光器；
4.根据权利要求1所述的基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述激光器芯片(1)的线宽计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光器，其特征在于，所述回音壁微腔(3)为定向输出，具有谐振的光在特定方向出射的特点，回音壁微腔(3)的光出射方向为一个或多个。
6.根据权利要求1所述的基于定向输出高q值回音壁微腔的窄线宽半导体激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈征征，刘欢，王潺，齐志强，董亭亭，
申请(专利权)人：武汉华中旷腾光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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