[發(fā)明專利]一種光柵外腔半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)的調(diào)諧方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610155866.9
• 申請(qǐng)日: 2016-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN105591283A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂雪芹;王霏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S5/14
• 分類號(hào): H01S5/14;H01S5/06
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光柵外腔半導(dǎo)體激光器，尤其是涉及可通過改變半導(dǎo)體增益器件或準(zhǔn)直透鏡 相對(duì)于衍射光柵的水平位置來進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)諧的一種光柵外腔半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)的調(diào)諧方法。

背景技術(shù)

光源的波長(zhǎng)可調(diào)諧是激光技術(shù)的重要組成部分，光柵外腔半導(dǎo)體激光器就是一種以衍射 光柵作為光反饋和選模元件的可調(diào)諧激光光源，具有線寬窄、可調(diào)諧范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高等 優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信、光存儲(chǔ)、高分辨率光譜分析等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

目前，常用的光柵外腔半導(dǎo)體激光器一般有兩種類型，即利特羅型光柵外腔半導(dǎo)體激光 器和利特曼型光柵外腔半導(dǎo)體激光器，它們的波長(zhǎng)調(diào)諧分別通過旋轉(zhuǎn)衍射光柵和平面反射鏡 來改變光線在光柵上的入射角而實(shí)現(xiàn)，例如C.J.Hawthorn等(C.J.Hawthorn，K.P.Weber andR.E.Scholten，Littrowconfigurationtunableexternalcavitydiodelaserwith fixeddirectionoutputbeam，ReviewofScientificInstruments，Vol.72，No.12，Pages 4477-4479，2001)介紹的一種比較典型的利特羅型光柵外腔半導(dǎo)體激光器和S.Stry等(S. Stry，S.Thelen，J.Sacher，D.Halmer，P.HeringandM.Murtz，Widelytunablediffraction limited1000mWexternalcavitydiodelaserinLittman/Metcalfconfigurationfor cavityring-downspectroscopy，AppliedPhysicsB，Vol.85，Pages365-374，2006)介 紹的一種比較典型的利特曼型光柵外腔半導(dǎo)體激光器。對(duì)于這兩種類型的光柵外腔半導(dǎo)體激 光器，由于衍射光柵和平面反射鏡體積較大，一般地，用于驅(qū)動(dòng)其角度變化的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 裝置體積也較大，這將不利于光柵外腔半導(dǎo)體激光器的小型化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也不利于波長(zhǎng)的快 速調(diào)諧。

為了減小外腔激光器系統(tǒng)的體積，汪洋(汪洋.基于InAs/InP量子點(diǎn)的1.55μm可調(diào)諧 外腔激光器.曲阜師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012年4月)和成若海(成若海.量子點(diǎn)外腔激光 器性能研究.曲阜師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013年4月)介紹了一款利特羅型光柵外腔半導(dǎo) 體激光器的小型化結(jié)構(gòu)。他們利于金屬的彈性設(shè)計(jì)了光柵固定座，依靠壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器來旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)衍射光柵，由于未采用大體積的角度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，從而有效減小了系統(tǒng)的體積。如 圖1所示，即為論文所介紹的通過旋轉(zhuǎn)衍射光柵實(shí)現(xiàn)利特羅型光柵外腔半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)調(diào) 諧的原理示意圖，主要包括：半導(dǎo)體增益器件11、準(zhǔn)直透鏡12和衍射光柵13；半導(dǎo)體增益 器件11發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡12準(zhǔn)直后，入射到衍射光柵13上，一級(jí)衍射光沿原路返回半 導(dǎo)體增益器件11有源區(qū)，零級(jí)光作為輸出；衍射光柵13被固定在一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的 調(diào)諧裝置14上，通過調(diào)諧裝置14沿著點(diǎn)15推動(dòng)衍射光柵13，使衍射光柵繞著軸16旋轉(zhuǎn)， 從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的調(diào)諧。其中，當(dāng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的距離為x時(shí)，衍射光柵13繞軸16旋 轉(zhuǎn)的角度為δ，L表示作用點(diǎn)15距離軸16的距離。該利特羅型光柵外腔半導(dǎo)體激光器的調(diào) 諧波長(zhǎng)Δλ與旋轉(zhuǎn)的角度δ滿足關(guān)系式：2d·δ·cosθ＝k·Δλ，其中d為衍射光柵13的槽間距， k＝1表示一級(jí)衍射光，θ為一級(jí)衍射角，滿足2dsinθ＝k·λ,其中λ表示半導(dǎo)體增益器件的中心波 長(zhǎng)；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的距離x可表示為：x＝L·tanδ；根據(jù)以上關(guān)系式可得到此種利特羅型光柵 外腔半導(dǎo)體激光器的調(diào)諧波長(zhǎng)Δλ與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)光柵移動(dòng)距離x之間的關(guān)系： Δλ＝(2d·x·cosθ)/L。針對(duì)785nm波長(zhǎng)，當(dāng)選用1200線/mm的光柵，L取25mm時(shí)，根據(jù)以上 公式計(jì)算得到，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)9微米，外腔激光器波長(zhǎng)相應(yīng)地改變0.53nm。此種結(jié)構(gòu) 雖然有利于儀器的小型化設(shè)計(jì)，但是，由于依靠金屬彈性不利于大角度改變，并且波長(zhǎng)改變 對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)位移變化不夠敏感，再加上壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器位移改變量有限，這就限 制了此種外腔激光器的電動(dòng)調(diào)諧波長(zhǎng)范圍，對(duì)于某些需要大范圍波長(zhǎng)調(diào)諧的應(yīng)用場(chǎng)合而不適 合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的外腔激光器波長(zhǎng)調(diào)諧存在的上述問題，提供一種光柵外腔 半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)的調(diào)諧方法。