【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体激光以及mems芯片制造，具体涉及一种芯片法拉第激光器及其实现方法。
技术介绍
1、法拉第反常色散原子滤光器是一种具有高透过率、窄带宽、高噪声抑制比的滤光器。与传统外腔半导体激光器相比，以法拉第反常色散原子滤光器作为外腔选频器件的半导体激光器输出频率可以自动与原子谱共振，并且在对激光二极管工作电流的温度敏感性和电流敏感性方面占有绝对的优势。
2、然而，现存的法拉第激光器的尺寸较大，存在可搬运性和机械稳定性相对较差，难以集成等问题。其中，限制法拉第激光器体积压缩的主要原因是法拉第反常色散原子滤光器的体积难以缩小。法拉第反常色散原子滤光器一般采用放置永磁体的方式产生沿光轴方向的均匀磁场，但是由于传统法拉第反常色散原子滤光器尺寸较大，一定体积的永磁体难以产生能满足法拉第磁致旋光要求，且磁场均匀性差，这将直接影响原子滤光器的透射谱特性，以此实现的法拉第激光器输出激光频率稳定性受限。此外，法拉第原子滤光器的体积越大，加热原子气室所需功率更高，升温所需时间更长，所需设计的控温模块也就越复杂，使得激光器启动时间变长和正常工作时的功耗增大。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种芯片级法拉第激光器及实现方法。本专利技术利用镀增透膜的宽谱半导体激光二极管、准直扩束模块、基于mems工艺制作的微型法拉第原子滤光器以及装有压电陶瓷的反馈腔镜实现激光器，同时应用该激光器稳定输出的单频激光进行大范围的激光选频。相比传统法拉第激光器，该芯片级法拉第激光器采用更
2、本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种芯片级法拉第激光器，要求其技术方案简单可靠，且体积远小于目前所有的法拉第激光器。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种芯片级法拉第激光器，其包括：
4、镀增透膜的宽谱半导体激光二极管(1)，作为激光增益介质，发出宽谱发散光束；
5、准直扩束模块(2)，将镀增透膜的宽谱半导体激光二极管(1)输出的发散光束进行准直；
6、微型法拉第原子滤光器(3)，利用原子滤光器自身的透射谱，对通过原子滤光器的激光进行选频；
7、反馈腔镜(4)和压电陶瓷(5)，利用反馈腔镜(4)将从微型法拉第原子滤光器(3)透射的激光反射回谐振腔内，通过压电陶瓷(5)调节激光器腔长；
8、激光器固定装置，包括一个底座、四块侧板和一块盖板，用于固定和组装激光器中的元件。
9、进一步地，镀增透膜的宽谱半导体激光二极管(1)包括：
10、用于固定激光二极管的铜座；
11、温度控制模块，利用tec半导体制冷器以及温度反馈控制电路对激光二极管的工作温度进行调节。
12、进一步地，微型法拉第原子滤光器(3)包括：
13、微型碱金属原子气室(6)，基于mems工艺制作，包含三层结构，上下两层是用于封装的玻璃，中间一层是刻蚀有两个空腔的硅片，其中一个空腔放置碱金属原子释放剂，另一个空腔供激光通过，用激光照射碱金属原子释放剂即可让碱金属原子气体进入另一个空腔；
14、储磁模块(7)，利用两个放置在气室两端面的钕铁硼永磁体，产生沿光轴方向的磁场，使得气室中的碱金属原子能级发生塞曼分裂，对通过原子气室的线偏振光产生旋光效应，钕铁硼永磁体中心有通光孔供激光通过；
15、控温模块(8)，在气室的两端面贴上一层聚酰亚胺电热薄膜，用于加热气室，薄膜中央有通光孔供激光通过，在气室侧面放置tec，tec用于降温并防止原子冷凝在气室端面，聚酰亚胺电热薄膜和tec都与外部温度反馈控制电路相连，实现对气室温度的精确控制；
16、封装模块(9)，将微型碱金属原子气室(6)、储磁模块(7)、控温模块(8)封装在一起，同时起到保温作用；
17、偏振滤光模块(10)，将两个偏振方向相互正交的偏振分光棱镜放置在微型碱金属原子气室(6)两端，对通过微型碱金属原子气室(6)的激光进行滤光。
18、进一步地，压电陶瓷(5)贴在反馈腔镜(4)背面，通过调节压电陶瓷(5)电压，即可微调激光器的外腔腔长，从而改变激光器的输出波长。
19、此外，本专利技术还提供了一种芯片级法拉第激光器的实现方法，具体包括如下步骤：
20、s1：将镀增透膜的宽谱半导体激光二极管(1)装装配在铜座上，将tec半导体制冷器贴在铜座下方，一并固定在激光器底座上，调节准直扩束模块(2)的位置，使出射的激光发散角最小；
21、s2：将反馈腔镜(4)和压电陶瓷(5)装配在激光器底座上，反馈腔镜(4)与镀增透膜的宽谱半导体激光二极管(1)前表面组成谐振腔，调节反馈腔镜(4)的俯仰，使反馈腔镜(4)的反射的激光沿原路返回，此时谐振腔的反馈达到最大，镀增透膜的宽谱半导体激光二极管(1)可以正常起振；
22、s3：将封装好的微型法拉第原子滤光器(3)装配在激光器底座上，关闭控温模块(8)，偏振滤光模块(10)中的两个偏振分光棱镜的偏振方向设置为正交，此时谐振腔损耗过大，镀增透膜的宽谱半导体激光二极管(1)无法起振；
23、s4：将一个1/2波片放置于微型碱金属原子气室(6)和偏振滤光模块(10)中的第二个偏振分光棱镜之间，转动1/2波片角度，使部分偏振光能通过第二个偏振分光棱镜，降低谐振腔损耗，镀增透膜的宽谱半导体激光二极管(1)重新起振；
24、s5：撤下1/2波片，开启控温模块(8)，加热微型碱金属原子气室(6)到某一合适温度，使得频率位于原子跃迁频率附近的激光，在经过微型碱金属原子气室(6)时，在法拉第旋光效应的作用下偏振方向旋转90°，从第二个偏振分光棱镜射向反馈腔镜，原子滤光器起到选频作用，激光器输出频率位于原子跃迁频率附近；
25、s6：改变压电陶瓷(5)的电压，使其厚度发生变化，从而改变外腔腔长，使激光器的输出频率发生改变；激光可调谐范围取决于激光器纵模间隔和原子滤光器透射谱带宽中较小的那一个；当激光器的工作频率超出自由光谱范围的一个边界时，会立即跳至另一个边界；当激光器的工作频率超出原子滤光器的透射谱带宽时，谐振腔损耗过大，激光器无法起振。
26、进一步地，步骤s3的微型法拉第原子滤光器(3)的封装方法为：
27、s3.1：用激光照射微型碱金属原子气室(6)中的碱金属原子释放剂，使碱金属原子气体进入用于通光的空腔；
28、s3.2：在微型碱金属原子气室(6)的端面贴上一层聚酰亚胺电热薄膜，薄膜中央有通光孔供激光通过，注意通光孔尺寸要适当，太小无法让激光通过，太大会使气室端面加热不充分，容易导致原子在气室端面冷凝；
29、s3.3：在微型碱金属原子气室(6)的侧面放置tec制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种芯片级法拉第激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述镀增透膜的半导体激光二极管上设置有温度控制模块，该温度控制模块包括TEC制冷片及温度反馈控制电路。
3.根据权利要求1所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述微型法拉第原子滤光器包括微型碱金属原子气室、储磁模块、控温模块和偏振滤光模块。
4.根据权利要求3所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述微型碱金属原子气室采用MEMS工艺制作，拥有2个连通的空腔，填充有碱金属原子气体。
5.根据权利要求3所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述储磁模块包括两个钕铁硼永磁铁，放置在微型碱金属原子气室的两端面，产生沿气室轴向的磁场，中间有通光孔供激光经过。
6.根据权利要求3所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述控温模块采用聚酰亚胺电热薄膜和TEC制冷片，聚酰亚胺电热薄膜放置在微型碱金属原子气室的两端面，TEC制冷片放置在微型碱金属原子气室两侧面，聚酰亚胺电热电热薄膜中央有通光孔供激光通过。
7.根据权利要
8.根据权利要求3所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述微型法拉第原子滤光器还包括封装模块，用于将微型碱金属原子气室、储磁模块、控温模块封装在一起，同时起到保温作用。
9.一种权利要求1-8任一项所述的芯片级法拉第激光器的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的实现方法，其特征在于，步骤S3的微型法拉第原子滤光器的封装步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种芯片级法拉第激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述镀增透膜的半导体激光二极管上设置有温度控制模块，该温度控制模块包括tec制冷片及温度反馈控制电路。
3.根据权利要求1所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述微型法拉第原子滤光器包括微型碱金属原子气室、储磁模块、控温模块和偏振滤光模块。
4.根据权利要求3所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述微型碱金属原子气室采用mems工艺制作，拥有2个连通的空腔，填充有碱金属原子气体。
5.根据权利要求3所述的芯片级法拉第激光器，其特征在于，所述储磁模块包括两个钕铁硼永磁铁，放置在微型碱金属原子气室的两端面，产生沿气室轴向的磁场，中间有通光孔供激光经过。
6.根据权利要求3所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：史田田，陈景标，肖正，党安红，王玮，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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