[發明專利]一種852nm超窄線寬外腔半導體激光器

在審

• 申請號: 201610029639.1
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105529613A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 關寶璐;潘冠中;劉儲;徐晨;李鵬濤;劉振楊;楊嘉煒
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/14
• 分類號: H01S5/14
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種852nm超窄線寬外腔半導體激光器，其特征在于：該激 光器主要包括半導體激光器增益芯片(1)、準直透鏡(2)、可旋轉的 雙楔形棱鏡(3)、立方分束器(4)、可旋轉的全介質薄膜法布里-珀 羅濾光片(5)、全反鏡(6)、壓電促動器(7)；

半導體激光器增益芯片(1)的出光方向上依次設有準直透鏡(2)、 可旋轉的雙楔形棱鏡(3)、立方分束器(4)、可旋轉的全介質薄膜法 布里-珀羅濾光片(5)、全反鏡(6)以及壓電促動器(7)。

2.根據權利要求1所述的一種852nm超窄線寬外腔半導體激光 器，其特征在于：所述半導體激光器增益芯片(1)的激射波長為 852nm，出光面鍍有反射率小于0.01％的Al₂O₃/SiO₂減反膜，另一面 鍍有反射率大于90％的TiO₂/SiO₂高反膜。

3.根據權利要求1所述的一種852nm超窄線寬外腔半導體激光 器，其特征在于：所述準直透鏡(2)為非球面透鏡由S-NPH1玻璃 材料制成，鍍有600nm～1050nm寬帶增透膜，數值孔徑為0.50～0.65， 有效焦距為4.0mm～6.5mm。

4.根據權利要求1所述的一種852nm超窄線寬外腔半導體激光 器，其特征在于：所述可旋轉的雙楔形棱鏡(3)由N-BK7材料制成， 表面光滑度典型值為λ/10，鍍有650nm～1050nm的增透膜，較薄一側 厚度為3mm，較厚一側厚度為4.72mm～11.33mm，可旋轉的雙楔形 棱鏡(3)的雙棱鏡繞光軸旋轉，能夠使得正入射到棱鏡鏡片垂直表 面的入射光束偏轉2°～10°，旋轉角度范圍為0°～360°。

5.根據權利要求1所述的一種852nm超窄線寬外腔半導體激光 器，其特征在于：所述立方分束器(4)由N-BK7玻璃制成，鍍有寬 帶增透膜和分束膜，應用波長為700nm～1100nm，具有50:50分光比， 并且該比值幾乎與入射光的偏振狀態無關，經過設計使光束偏移最 小，單個發射表面還可以防止鬼影的產生。

6.根據權利要求1所述的一種852nm超窄線寬外腔半導體激光 器，其特征在于：所述全介質薄膜法布里-珀羅濾光片(5)透射中心 波長為852nm，半高全寬為0.1nm～3.2nm，旋轉濾光片能使透射中心 波長朝短波長方向移動。

7.根據權利要求1所述的一種852nm超窄線寬外腔半導體激光 器，其特征在于：所述全反鏡(6)垂直于所述全介質薄膜法布里- 珀羅濾光片5的出射光光路。

8.根據權利要求1所述的一種852nm超窄線寬外腔半導體激光 器，其特征在于：所述壓電促動器(7)用于促動全反鏡使其可沿自 身法線方向移動以調節腔長。

9.依權利要求1所述一種852nm超窄線寬外腔半導體激光器的 制作方法，其特征在于：

步驟1、采用金屬有機物化學氣相淀積外延生長出半導體增益芯 片的外延結構，結合光刻、刻蝕、氧化、濺射、鍍膜等工藝制備出增 益管芯，增益管芯在室溫下的激射波長為852nm，出光面鍍有反射率 小于0.01％的Al₂O₃/SiO₂減反膜，另一面鍍有反射率大于90％的 TiO₂/SiO₂高反膜；此外，需要結合熱電致冷器和熱敏電阻將增益芯 片的工作溫度控制在室溫下；

步驟2、采用非球面準直透鏡準直852nm的激光，準直透鏡與增 益芯片出光面的距離剛好位于該準直透鏡的有效焦距；

步驟3、采用鍍有650nm～1050nm增透膜的可旋轉雙楔形棱鏡進 行光路對準，棱鏡對可以繞光軸旋轉使得正入射到棱鏡鏡片垂直表面 的入射光束偏轉2°～10°，旋轉角度范圍為0°～360°，通過分別控制每 個棱鏡的旋轉就能實現激光束轉向；

步驟4、采用表面鍍有700nm～1100nm寬帶增透鍍膜的立方分束 器作為激光輸出耦合器，其分光比為50:50，由N-BK7玻璃制成，邊 長為20mm，其介質分束膜鍍在構成立方體的兩個棱鏡之一的斜邊 上，兩個棱鏡通過粘合劑粘在一起，為了實現50:50的分光比，入射 光必須通過鍍膜棱鏡的一個特定表面；

步驟5、采用全介質薄膜法布里-珀羅濾光片進行外腔選模，其透 射中心波長為852nm，峰值透射率大于90％，半高全寬為 0.1nm～3.5nm，入射角度為0°±2°，透射中心波長隨入射角度的關系 如下：

λ(θ)=λ01-[sin(θ)neff]2]]>

其中，λ₀為正入射時對應的波長，θ為濾波片的旋轉角，n_eff為濾 波片的折射率，λ(θ)為旋轉角度θ后對應的波長；

步驟6、采用全反鏡提供外腔光反饋，其垂直于所述全介質薄膜 法布里-珀羅濾光片出射光的光路；

步驟7、采用壓電促動器對全反鏡進行致動，壓電促動器由帶交 叉電極的多層壓電陶瓷組成，多層設計使它具備高共振頻率和亞毫秒 級的響應時間，其驅動電壓范圍為0V～100V，可提供的最大位移為 2μm；壓電器件的響應時間約為(3f₀)^-1，其中f₀是諧振頻率；由于f₀取決于施加的負載，因此響應時間也取決于負載；對于一個給定負載， 諧振頻率可用下式計算：

f=f0m3m3+M]]>

式中，f₀是無負載時的諧振頻率，m是驅動器的質量，M是負載 的質量；雖然響應時間取決于諧振頻率，但是PZT的最大速度取決 于所用電源的峰值電流。