[發(fā)明專利]一種新型外腔半導(dǎo)體激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210232761.0
• 申請(qǐng)日: 2012-07-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103532011A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳徐宗;齊向暉;張胤;楊仕峰;林斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué);北京優(yōu)立光太科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S5/14
• 分類號(hào): H01S5/14;H01S5/10
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 陳美章

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體激光器，尤其涉及一種新型外腔半導(dǎo)體激光器。

技術(shù)背景

外腔半導(dǎo)體激光器廣泛應(yīng)用于高精度原子鐘、精密導(dǎo)航、通信同步技術(shù)、工業(yè)長(zhǎng)度測(cè)量、天文測(cè)量技術(shù)、地球勘探技術(shù)、環(huán)境精密檢測(cè)、生物精密檢測(cè)、化學(xué)精密檢測(cè)等。

外腔半導(dǎo)體激光器是一種窄線寬、連續(xù)半導(dǎo)體激光器。由于半導(dǎo)體激光管的腔長(zhǎng)只有100微米，其激光的線寬一般在50MHz以上，連續(xù)可調(diào)諧范圍也在幾百兆赫茲左右，不能滿足用戶的要求。Littrow結(jié)構(gòu)外腔半導(dǎo)體激光器是一種具有線寬壓窄、連續(xù)可調(diào)諧范圍大的激光器，但是由于目前外腔半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不能滿足Littrow結(jié)構(gòu)的理想幾何條件，如圖1所示，以二維圖來(lái)敘述，傳統(tǒng)的激光器是以光柵面為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的，圖中光柵圍繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，在初始位置時(shí)，入射角度值為θ0，同時(shí)光柵反射面的延長(zhǎng)線與y軸相交于一點(diǎn)M0，交點(diǎn)M0與激光出射面的距離為H(θ0)，當(dāng)光柵面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)光線到光柵的入射角度發(fā)生變化，入射角度為θ，光柵的延長(zhǎng)線與y軸相交于另一點(diǎn)M1，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與激光出射面的距離為H(θ)，而Littrow原理是要求軸不動(dòng)，即H(θ0)不變，所有的軸變化的情況都不屬于Littrow結(jié)構(gòu)，按照Littrow原理，無(wú)跳模范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在不斷發(fā)生變化，而激光出射點(diǎn)與光柵之間的距離L(θ)與L(θ0)始終一致，無(wú)法滿足公式(1)，使得無(wú)跳模范圍變得很窄。雖然利用電子補(bǔ)償技術(shù)使連續(xù)可調(diào)諧范圍增大到20GHz左右，但是還存在整體的穩(wěn)定性差與連續(xù)可調(diào)諧范圍不夠大的弱點(diǎn)。

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其中，L為激光發(fā)光點(diǎn)與光柵反射點(diǎn)的距離，H為激光發(fā)光點(diǎn)與光柵理想轉(zhuǎn)軸O間的距離。

本發(fā)明提供了一種基本滿足Littrow結(jié)構(gòu)理想幾何條件的設(shè)計(jì)，在同等實(shí)驗(yàn)條件下，可以在保證窄線寬的同時(shí)，使連續(xù)可調(diào)諧范圍大大增加，又能提高激光器腔體的抗震能力，這樣就提高了外腔半導(dǎo)體激光器的整體穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型外腔半導(dǎo)體激光器，本發(fā)明利用特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使實(shí)際光柵轉(zhuǎn)軸與理想轉(zhuǎn)軸O點(diǎn)重合，在既滿足機(jī)械穩(wěn)定性條件下，又滿足理想幾何關(guān)系式(1)，因此激光的連續(xù)可調(diào)范圍可達(dá)到無(wú)窮大，實(shí)際的設(shè)計(jì)為電壓控制連續(xù)調(diào)諧范圍大于100GHz，激光的線寬壓窄至100kHz以下。

如圖2所示為L(zhǎng)ittrow結(jié)構(gòu)，Littrow結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸O是以光柵面和激光出射面的交線，也是光柵的理想轉(zhuǎn)軸，L為激光發(fā)光點(diǎn)與光柵反射點(diǎn)的距離，H為激光發(fā)光點(diǎn)與光柵理想轉(zhuǎn)軸O間的距離，理論表明，如果兩者滿足公式(1)，則外腔半導(dǎo)體激光的頻率的連續(xù)調(diào)諧范圍為無(wú)窮大，或無(wú)跳模范圍為無(wú)窮大。

本發(fā)明的幾何結(jié)構(gòu)如圖3所示，其滿足Littrow理想幾何結(jié)構(gòu)條件的設(shè)計(jì)，圖3中激光管從O’點(diǎn)發(fā)射光線入射至反射式光柵M₀面A點(diǎn)，形成“0”級(jí)光反射至平面反射鏡M₁的B點(diǎn)上與光線O’A平行射出。其中“1”級(jí)光沿AO’返回激光管，使M₁和激光管形成Littrow外腔，由于反射式光柵M₀安裝在滑塊CDEF上，滑塊的轉(zhuǎn)軸與反射式光柵理想轉(zhuǎn)軸O重合滿足理想幾何條件公式(1)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分，如圖4所示：

激光管熱沉調(diào)節(jié)架A、光柵反射鏡組件B、激光器底座C。光柵反射鏡組件B置于激光器底座C的精密導(dǎo)軌中，激光管熱沉調(diào)節(jié)架A固定在激光器底座C上(A通過(guò)加固件6的螺絲固定在C中)。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的激光器可以在保證窄線寬的條件下，使連續(xù)可調(diào)諧范圍大大增加，同時(shí)又能提高激光器腔體的抗震能力，具有高穩(wěn)定性與寬連續(xù)調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)，這樣就提高了外腔半導(dǎo)體激光器的整體穩(wěn)定性，該激光頭的連續(xù)可調(diào)諧頻率范圍大于100GHz。

其中：