[發明專利]一種基于光柵和MEMS反射鏡的寬調諧外腔半導體激光器腔型

在審

• 申請號: 201911313276.4
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111129951A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 黃彥;張宇露;高志強;周建發;史青;彭泳卿
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: H01S5/14
• 分類號: H01S5/14;H01S5/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

一種基于光柵和MEMS反射鏡的寬調諧外腔半導體激光器腔型，半導體激光芯片發出的發散光束經準直器準直后，準直光束被MEMS反射鏡反射至光柵發生衍射，選取合適的光柵入射角，使特定波長光束的某非零級次衍射角等于入射角，即該波長光束被光柵選中能夠沿著入射光束反方向原路返回激光芯片中，形成激光振蕩并輸出。當MEMS反射鏡發生轉動時，被其反射的準直光束入射光柵的入射角將發生變化，則被光柵選中原路返回激光芯片并形成振蕩和輸出的光波長也隨之改變，即實現了輸出激光波長的調諧。該腔型使用非接觸驅動原理的MEMS反射鏡作為調諧器件，能避免長時間運行器件磨損造成調諧精度低、激光器壽命短的問題，而且在實現相同激光波長調諧范圍的前提下，該腔型相比于Littman腔型，對MEMS反射鏡鏡面尺寸和反射鏡轉角范圍的要求大幅度降低，有利于激光器實現寬調諧。

技術領域

本發明屬于可調諧半導體激光器技術領域，尤其涉及一種寬調諧外腔半導體激光器腔型。

背景技術

外腔半導體激光器利用具有波長選擇特性的光學元器件在激光芯片外部構建諧振腔實現激光輸出，對波長選擇器件的特定參數進行調節可實現激光器輸出波長的調諧。相比于DFB半導體激光器通過改變芯片電流和溫度實現調諧，外腔半導體激光器具有調諧范圍寬的顯著優點，在氣體檢測、光纖光柵傳感信號解調、光譜學研究等領域具有重要應用價值。

外腔半導體激光器有兩種典型的腔型方案，一種是Littrow腔型，采用準直器和反射光柵構建外腔，通過調節光柵的衍射角實現激光器輸出波長調諧；另一種是Littman腔型，采用準直器、反射光柵和反射鏡構建外腔，通過調節反射鏡的反射角實現激光器輸出波長調諧。兩種腔型方案中，為實現激光波長電控調諧而非手動調諧，需要能改變光柵或反射鏡角度的電控驅動器件，包括壓電陶瓷、步進電機、直流伺服電機、壓電慣性旋轉驅動器、振鏡驅動器、MEMS光柵、MEMS反射鏡等。其中，壓電陶瓷由于形變量小，所能實現的光柵或反射鏡角度調節范圍小，使得激光器調諧范圍受限；步進電機、直流伺服電機、壓電慣性旋轉驅動器、振鏡驅動器等器件在長時間運行情況下存在磨損問題，造成角度控制精度下降、使用壽命短，從而影響激光器調諧精度和壽命；MEMS光柵用于Littrow外腔方案中，能實現足夠的角度調節范圍，而且通常基于靜電驅動、電磁驅動等非接觸式驅動原理，不存在磨損問題，但其制備難度大，目前尚未有成熟商業產品可供選用；MEMS反射鏡與MEMS光柵屬同一類器件，不存在磨損問題，其工作區域為拋光鏡面而非光柵，所以制備難度相對較低，已有大量成熟商業產品可供選用，但以現有MEMS反射鏡性能指標，其用于Littman外腔方案中存在鏡面尺寸和反射鏡轉角范圍不足的問題，同樣限制了激光器調諧范圍。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術的不足，提出一種基于光柵和MEMS反射鏡的寬調諧外腔半導體激光器腔型，旨在避免常用電控驅動調諧器件存在的調諧范圍小、長時間運行器件磨損造成調諧精度低、激光器壽命短等問題，并解決現有MEMS反射鏡用于Littman外腔方案中存在的鏡面尺寸和反射鏡轉角范圍不足的問題，為外腔半導體激光器提供一種使用壽命長、調諧范圍寬的腔型方案。

本發明采用的技術方案為：

一種基于光柵和MEMS反射鏡的寬調諧外腔半導體激光器腔型，包括：半導體激光芯片、腔內準直器、MEMS反射鏡、腔外準直器和光柵；

半導體激光芯片：用于接收注入電流，輸出寬譜自發輻射熒光，為外腔波長選擇提供光源；

腔內準直器：用于對激光芯片腔內端輸出的發散光束進行準直，減小光束發散角；

MEMS反射鏡：用于將經過腔內準直器的準直光束反射至光柵；

光柵：用于對準直光束進行衍射，并選擇特定波長的衍射光原路返回激光芯片中形成激光振蕩；

腔外準直器：用于對從激光芯片腔外端輸出的發散光束進行準直，形成激光器輸出光束。