[發明專利]折疊外腔超窄線寬半導體激光器

有效

• 申請號: 201510916114.5
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105406356B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 陳泳屹;秦莉;寧永強;王立軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S5/14
• 分類號: H01S5/14;H01S5/06
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙) 22210
• 代理人: 李青

折疊外腔超窄線寬半導體激光器屬于新型半導體激光器技術領域，該激光器包括：半導體激光器芯片、折疊外腔和整形透鏡；半導體激光器芯片與折疊外腔的輸入端對接耦合；半導體激光器芯片和折疊外腔的端面制作腔面膜；整形透鏡位于折疊外腔的輸出端。本發明的折疊外腔中的彎曲波導結構有效過濾高階模式，保證基模幾乎無損耗的傳輸，模式特性更穩定，不容易發生跳模現象。通過折疊外腔代替直波導，更有利于得到kHz量級的窄線寬激光，在很短的外腔芯片上集成幾十倍長度的半導體激光器外腔結構，減小了封裝的體積，增加了集成度，簡單而有效得到更窄的激光線寬。采用波導外腔的方式進行器件的整體封裝，增加系統的穩定性，使系統適合各種復雜的使用環境。

技術領域

本發明屬于新型半導體激光器技術領域，具體涉及一種折疊外腔超窄線寬半導體激光器。

背景技術

在激光載波通信系統中，高性能的窄線寬半導體激光器(線寬≤10kHz)是決定測距精度的核心元器件，因為對于3kHz線寬的窄線寬激光器，其相干長度可達100km。此外，窄線寬半導體激光器在超高精度激光雷達、船舶水聽器、航天器對接、衛星間通信、相干光通信、激光光譜學、大氣吸收測量及光纖通信領域均具有極其廣泛的應用。窄線寬激光器所服務的系統的軍事價值、經濟價值和科學價值都很大，它在這些系統中起關鍵作用，地位十分重要。對于kHz量級的窄線寬半導體激光器，科研人員需要對芯片的材料結構、器件結構和噪聲抑制機理進行深入的探索和研究。

窄線寬半導體激光器是指激光以腔內振動單一縱模的形式輸出的激光光源，其特征是激光光譜線寬在kHz量級，比現有的窄線寬分布反饋(DFB)激光器的線寬還要窄兩個數量級，比目前光通信網絡中的密集波分復用(DWDM)信號光源的線寬要窄5個數量級。窄線寬單縱模激光器可以保證激光具有極好的相干特性，其相干長度可達百公里以上。與光纖激光器相比，半導體激光器的價格低、抗振動和抗空間射線輻照能力強，是窄線寬激光器的優選光源。國內外窄線寬激光器迅速發展，不斷出現以各種方法實現的窄線寬激光器，并且線寬不斷地在變窄。從線寬壓縮機制上進行分類，主要是采用兩種途徑來實現，即內腔結構和外腔結構來壓縮半導體激光器線寬。

就窄線寬半導體激光器的2種實現途徑來看，都存在著各自的缺點。(1)內腔結構壓縮半導體激光器的線寬，盡管是在半導體激光器本身結構中引入光柵等微結構來實現線寬壓縮，但是光柵結構的設計和制造都有很高的精度要求，光柵為內置結構，光柵結構上還需要外延生長上包層和蓋層，增加了制備難度，限制了其在相干光通信系統的應用。(2)外腔結構壓縮半導體激光器的線寬，不需要在半導體激光器上制造光柵等結構，制造難度和成本相應的降低，但是外腔光柵反饋結構的缺點是激光器工作時容易發生模式跳變。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種折疊外腔超窄線寬半導體激光器，主要在芯片尺度上解決實現超窄線寬半導體激光器的問題。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

折疊外腔超窄線寬半導體激光器，該激光器包括：半導體激光器芯片、折疊外腔和整形透鏡；所述半導體激光器芯片與折疊外腔的輸入端對接耦合；半導體激光器芯片和折疊外腔的端面制作腔面膜；整形透鏡位于折疊外腔的輸出端。

本發明的有益效果是：

1、折疊外腔中的彎曲波導結構可以有效過濾高階模式，保證基模幾乎無損耗的傳輸，模式特性更穩定，不容易發生跳模現象。