【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于单频激光器，尤其涉及一种高性能单频激光器。
技术介绍
1、自1960年，第一台红宝石激光器成功激射后，激光技术和激光应用研究得到了快速发展，其中高性能单频激光源在一些特殊应用领域中颇受青睐。例如：在原子冷却和钠导星等应用中要求光源的线宽小于原子谱线宽，并且为与原子发光谱线精确对准，还要求激光波长可调谐。在square 16qam矢量调制的相干光通信中，为了获得较低的误码率，激光器的线宽应小于50khz，并且随着矢量调制的增加，对激光线宽要求更高。其次，为了追求较长的传输距离和传输容量，相干光通信常与密集波分复用技术(dense wavelength divisionmultiplexing,dwdm)结合，则要求激光波长大范围可调谐。在激光雷达和精密测量领域为了扩大测量范围和提高测量精度要求激光器的线宽越窄越好且输出波长可调谐。此外，为了方便激光信号的提取和检测，上述应用对激光器的输出功率也有一定的要求。
2、然而，针对大多数激光器而言，同时具有高功率、窄线宽、宽调谐等高性能参数存在一定困难。例如：固体激光器在选频元件作用下可实现高功率单频运转，但大多数固体激光器受增益材料特性的限制，其激射波长覆盖范围小且具有较小的波长调谐范围。垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting lasers,vcsels)因具有μm量级的激光腔长，可直接单纵模输出，线宽通常大于mhz，但较少的量子阱个数和较高的热效应限制了单支vcsel的输出功率，其值通常小于1mw。在激光波长调谐上
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高性能单频激光器，以解决现单频激光器很难同时实现高功率、窄线宽、宽调谐等高性能参数的问题。本技术方案中的单频激光器可同时实现高功率、宽调谐、窄线宽输出，为原子冷却、激光雷达以及精密测量等领域提供高性能光源。
2、为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种高性能单频激光器，包括泵浦源、半导体外延片、折叠镜、模式控制元件、波长调谐元件和输出镜；所述泵浦源用于将泵浦光发射至所述半导体外延片上，所述半导体外延片用于吸收所述泵浦光的能量并对泵浦光的波长产生受激辐射；所述折叠镜用于将所述半导体外延片反射来的受激辐射反射给所述输出镜；所述输出镜用于输出单频激光；所述模式控制元件和波长调谐元件设于所述折叠镜和输出镜之间；所述半导体外延片、折叠镜和输出镜之间构成激光谐振腔，所述受激辐射在激光谐振腔的作用下形成激光振荡；所述模式控制元件用于控制激光谐振腔内纵向模式并实现单一纵模；所述波长调谐元件用于调谐激光波长，所述波长调谐元件能够转动。
3、进一步，所述半导体外延片包括依次设置的反射区和有源区，所述反射区用于反射所述受激辐射，所述有源区用于为所述受激辐射提供光放大。
4、进一步，所述模式控制元件包括依次设置的第一反射层、可变厚度层和第二反射层，所述第一反射层和第二反射层用于对激光波长进行反射。
5、进一步，所述波长调谐元件以布鲁斯特角放置于激光谐振腔内。
6、进一步，所述波长调谐元件能够以所在平面的法线为轴进行转动。
7、进一步，所述半导体外延片还包括保护层，所述保护层用于防止所述半导体外延片发生氧化。
8、进一步，所述可变厚度层的变化范围为0.15mm至0.6mm。
9、进一步，还包括热沉，所述半导体外延片固定在所述热沉上，所述热沉用于所述半导体外延片的散热。
10、进一步，所述折叠镜上镀有对激光波长进行反射的高反射膜层。
11、进一步，所述输出镜上镀有对激光波长进行透射的透射层。
12、本技术方案的工作原理在于：半导体外延片中的有源区吸收泵浦光的能量，产生受激辐射。受激辐射在半导体外延片、折叠镜和输出镜所构成的激光谐振腔的共同作用下，形成激光振荡。利用激光线宽反比于谐振腔长度这一性质，通过合理的优化设计激光谐振腔长度延长腔内光子寿命，并结合模式控制元件和波长调谐元件进行激光模式选择和线宽压缩，从而实现高功率、窄线宽、宽调谐输出。
13、本技术方案的有益效果在于：采用同时具有宽带增益和高功率特性的半导体外延片作为激光增益介质，利用激光线宽反比于谐振腔长这一性质，通过合理的优化设计激光谐振腔长度延长腔内光子寿命，并结合模式控制元件和波长调谐元件进行激光模式选择和线宽压缩，从而同时实现高功率、窄线宽、宽调谐输出。本专利技术可以解决现有单频激光器很难同时实现高功率、窄线宽、宽调谐等高性能参数的问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高性能单频激光器，其特征在于：包括泵浦源(3)、半导体外延片(2)、折叠镜(4)、模式控制元件(5)、波长调谐元件(6)和输出镜(7)；所述泵浦源(3)用于将泵浦光发射至所述半导体外延片(2)上，所述半导体外延片(2)用于吸收所述泵浦光的能量并对泵浦光的波长产生受激辐射；所述折叠镜(4)用于将所述半导体外延片(2)反射来的受激辐射反射给所述输出镜(7)；所述输出镜(7)用于输出单频激光；所述模式控制元件(5)和波长调谐元件(6)设于所述折叠镜(4)和输出镜(7)之间；所述半导体外延片(2)、折叠镜(4)和输出镜(7)之间构成激光谐振腔，所述受激辐射在激光谐振腔的作用下形成激光振荡；所述模式控制元件(5)用于控制激光谐振腔内纵向模式并实现单一纵模；所述波长调谐元件(6)用于调谐激光波长，所述波长调谐元件(6)能够转动。
2.根据权利要求1所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述半导体外延片(2)包括依次设置的反射区(8)和有源区(9)，所述反射区(8)用于反射所述受激辐射，所述有源区(9)用于为所述受激辐射提供光放大。
3.根据权利要求1所述的一
4.根据权利要求1所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述波长调谐元件(6)以布鲁斯特角放置于激光谐振腔内。
5.根据权利要求4所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述波长调谐元件(6)能够以所在平面的法线为轴进行转动。
6.根据权利要求2所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述半导体外延片(2)还包括保护层(10)，所述保护层(10)用于防止所述半导体外延片(2)发生氧化。
7.根据权利要求3所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述可变厚度层(12)的变化范围为0.15mm至0.6mm。
8.根据权利要求1所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：还包括热沉(1)，所述半导体外延片(2)固定在所述热沉(1)上，所述热沉(1)用于所述半导体外延片(2)的散热。
9.根据权利要求1所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述折叠镜(4)上镀有对激光波长进行反射的高反射膜层。
10.根据权利要求1所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述输出镜(7)上镀有对激光波长进行透射的透射层。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能单频激光器，其特征在于：包括泵浦源(3)、半导体外延片(2)、折叠镜(4)、模式控制元件(5)、波长调谐元件(6)和输出镜(7)；所述泵浦源(3)用于将泵浦光发射至所述半导体外延片(2)上，所述半导体外延片(2)用于吸收所述泵浦光的能量并对泵浦光的波长产生受激辐射；所述折叠镜(4)用于将所述半导体外延片(2)反射来的受激辐射反射给所述输出镜(7)；所述输出镜(7)用于输出单频激光；所述模式控制元件(5)和波长调谐元件(6)设于所述折叠镜(4)和输出镜(7)之间；所述半导体外延片(2)、折叠镜(4)和输出镜(7)之间构成激光谐振腔，所述受激辐射在激光谐振腔的作用下形成激光振荡；所述模式控制元件(5)用于控制激光谐振腔内纵向模式并实现单一纵模；所述波长调谐元件(6)用于调谐激光波长，所述波长调谐元件(6)能够转动。
2.根据权利要求1所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述半导体外延片(2)包括依次设置的反射区(8)和有源区(9)，所述反射区(8)用于反射所述受激辐射，所述有源区(9)用于为所述受激辐射提供光放大。
3.根据权利要求1所述的一种高性能单频激光器，其特征在于：所述模式控制元件(5)包括依次设置的第一反射层(11)、可变厚度层...
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