CN101383485A - 一种使半导体激光列阵输出双波长的外腔 - Google Patents

Abstract

本发明是一种使半导体激光列阵输出双波长的外腔，属于半导体激光器领域。本发明包括沿光束传播方向依次设置的半导体激光列阵、快轴准直透镜、体全息光栅和平凹柱面透镜。从半导体激光列阵发出的激光先过快轴准直透镜准直，准直后的光束经过体全息光栅，体全息光栅将选定的波长反射回半导体激光列阵的增益介质中形成激光振荡输出；产生振荡的激光束到达平凹柱面透镜后，由于平凹柱面透镜上面镀部分反射膜，使到达平凹柱面透镜的激光束部分发射回半导体激光列阵，形成另一部分输出。本发明采用了体全息光栅和平凹柱面透镜组合的外腔结构，产生了输出功率高、光学相干性高的双波长半导体激光输出，并且双波长之间的间隔不随环境温度的变化而改变。

Description

一种使半导体激光列阵输出双波长的外腔

技术领域

本发明是一种使半导体激光列阵输出双波长的外腔，属于半导体激光器领域。

背景技术

双波长激光器是一种能同时输出两个不同波长激光的特殊激光光源。由于多个波长的激光同时与物质相互作用时有着与单波长不同的效应，多波长激光器特别是双波长激光器在一些科技领域有着重要的应用，例如双波长干涉仪、差分吸收激光雷达、太赫兹电磁波的产生等。目前已在多种激光器中实现了双波长输出，有些还具有较好的输出性能，但各自还有一些缺点如体积庞大、结构复杂等而不能真正得到广泛应用，因此需要研制一种能够同时输出两个波长，简单、实用的双波长激光器。

目前研究的双波长激光器已有十多种，涉及染料激光器、固体激光器、光纤激光器、半导体激光器等多种类型。其中双波长半导体激光器，由于具有半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、效率高等优点，成为研究最多，应用前景最为广泛的多波长激光器之一。

外腔方法就是在半导体激光器原输出端面镀增透膜，使原有的谐振腔失去作用，在原谐振腔外放置选频反馈元件，外腔方法设计灵活，容易实现，是实现半导体激光器双波长输出的研究最多的一种方法。目前双波长外腔激光器研究中，采用最多的是傅立叶变换外腔，入射光束通过光栅分光，透镜准直后，在透镜焦点的滤波器上进行选频反馈，以得到需要的波长。滤波器可有多种结构，如窄频滤波器、三棱镜、双臂反馈结构等。双波长外腔端面上有两个反馈点，可以从激光器输出的光谱中选择出两个窄频波长反馈回激光器内腔，通过谐振加强后输出双波长激光。如果在单管半导体激光器上应用这种外腔方法，虽然可以产生双波长输出，但输出功率较低。如果在半导体激光列阵上应用这种方法，两个反馈点都是将激光束沿原路返回相应的发光单元，不能提高半导体激光列阵各发光单元之间的耦合，从而不能提高半导体激光列阵整体的相干性。

发明内容

本发明提供了一种使半导体激光列阵输出双波长的外腔，该外腔不仅可以得到输出功率高、光学相干性高的双波长激光输出，而且大大提供了光束质量。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本发明包括沿光束传播方向依次设置的半导体激光列阵、快轴准直透镜、体全息光栅和平凹柱面透镜，半导体激光列阵的输出端面镀增透膜，平凹柱面透镜表面镀部分反射膜，平凹柱面透镜与半导体激光列阵的距离等于平凹柱面透镜的焦距。从半导体激光列阵发出的激光先过快轴准直透镜准直，准直后的光束经过体全息光栅，体全息光栅将选定的波长反射回半导体激光列阵的增益介质中形成激光振荡输出；产生振荡的激光束到达平凹柱面透镜后，由于平凹柱面透镜上面镀部分反射膜，使到达平凹柱面透镜的激光束部分发射回半导体激光列阵，形成另一部分输出。

本发明中，半导体激光列阵发光端面镀增透膜，使原有的谐振腔结构被破坏，与体全息光栅和平凹柱面透镜组成新的外腔结构。体全息光栅为反射光栅，其反射波长由布拉格条件决定，其放置的位置尽量靠近快轴准直透镜。平凹柱面透镜的表面镀部分反射膜，放置的位置在体全息光栅后，距离半导体激光列阵1一倍焦距处，凹面对着半导体激光列阵，口径大于该处的光斑尺寸。

半导体激光列阵的发光单元发出数条激光束，在快轴方向发散角为30°～40°，经过快轴准直柱透镜的准直后，快轴发散角被压缩成小于0.125度。体全息光栅是反射型，将选定的波长反射回半导体激光列阵的增益介质，使其产生激光振荡，未被选定的波长将透过体全息光栅，不能回到增益介质，由于损耗过大而熄灭。产生振荡的激光束到达平凹柱面透镜后，由于该透镜镀有部分反射膜，一部分激光束反射回半导体激光列阵的增益介质，由于经过体全息光栅和平凹柱面透镜的两次反馈，半导体激光列阵产生双波长输出。同时，由于平凹柱面透镜成像的特点，激光束不能沿原光路返回，而是与原光路有一定夹角返回。通过选择平凹柱面透镜的焦距和摆放位置，可以使半导体激光列阵中第一个发光单元发射的激光束反射回第二个发光单元，而回到第一个发光单元的反馈光是第三个发光单元产生的。这样，在半导体激光列阵的各发光单元之间建立了光学耦合，提高了列阵整体的相干性。由于体全息光栅反射固定的波长，双波长之间的间隔不随工作环境温度的改变而变化。这样，半导体激光列阵实现了高相干性的双波长输出，工作环境温度变化时，双波长之间的间隔保持恒定。

本发明采用了体全息光栅和平凹柱面透镜组合的外腔结构，产生了输出功率高、光学相干性高的双波长半导体激光输出，并且双波长之间的间隔不随环境温度的变化而改变。

附图说明

图1是本发明中半导体激光列阵外腔结构示意图

图中：1、半导体激光阵列，2、快轴准直柱透镜，3、体全息光栅，4、平凹柱面透镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明不限于这些实施例。

如图1所示，本实施例包括沿光束传播方向依次放置半导体激光列阵1、快轴准直柱透镜2、体全息光栅3和平凹柱面透镜4。半导体激光列阵1是808nm的无铝量子阱结构，有19个发光单元，在发光端面镀808nm增透膜。快轴准直柱透镜2的轴线与光束传播方向垂直。体全息光栅的中心波长为807.5±1nm，峰值反射率为20％，反射带宽小于0.5nm，尺寸大小为12×1.2×0.73mm，位置紧靠快轴准直镜2，与半导体激光阵列1的距离小于5mm。平凹柱面镜4的曲率半径为300mm，焦距为150mm，并对808nm的波长镀60％的反射膜，与半导体激光列阵1的距离等于其焦距。

在工作电流20A时，测量输出光谱，得到双波长输出，两个中心波长分别为803.8nm和805.6nm，波长间隔1.8nm，两个波长的光谱线宽(FWHM)都小于0.2nm，环境工作温度在15—30摄氏度之间变化时，两中心波长分别为在802.2nm到805.6nm和804nm到807.4nm之间变化，而波长间隔始终保持在1.8nm左右不变。输出功率稳定在3.6W。得到了窄光谱，高功率的双波长半导体激光输出。

Claims (1)

1、一种使半导体激光列阵输出双波长的外腔，其特征在于：包括沿光束传播方向依次设置的半导体激光列阵(1)、快轴准直透镜(2)、体全息光栅(3)和平凹柱面透镜(4)，半导体激光列阵(1)的输出端面镀增透膜，平凹柱面透镜(4)表面镀部分反射膜，平凹柱面透镜(4)表面镀部分反射膜，平凹柱面透镜(4)与半导体激光列阵(1)的距离等于平凹柱面透镜(4)的焦距；从半导体激光列阵(1)发出的激光先过快轴准直透镜(2)准直，准直后的光束经过体全息光栅(3)，体全息光栅(3)将选定的波长反射回半导体激光列阵(1)的增益介质中形成激光振荡输出；产生振荡的激光束到达平凹柱面透镜(4)后，由于平凹柱面透镜(4)上面镀部分反射膜，使到达平凹柱面透镜(4)的激光束部分发射回半导体激光列阵(1)，形成另一部分输出。

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