CN101557076A - 抗振外腔半导体激光器 - Google Patents

Abstract

一种抗振外腔半导体激光器，在底板上设半导体致冷片，半导体致冷片的冷面上设外腔腔体，外腔腔体内的左侧壁上设激光二极管，外腔腔体内的底部设热敏电阻、隔板、镜座、支承体，支承体上设置有双凸准直透镜，镜座上设干涉滤光片，隔板上设激光入射面为凸面、出射面为平面的聚焦透镜，隔板上设与平面反射镜联接的压电换能器，外腔腔体右侧壁的出光孔上设平凸准直透镜，外腔腔体的上端设外腔腔体上盖，外腔腔体的外部设外壳，外壳的左侧壁上加工有导线孔、右侧壁的出光孔上设平面透射镜。本发明具有设计合理、结构简单、无需调节、能适应温度和气压变化、抗电磁干扰能力强等优点，可应用于星载原子钟、商用原子钟、波分复用光通讯等领域。

Description

抗振外腔半导体激光器

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，具体涉及到外腔半导体激光器。

背景技术

外腔半导体激光器由于其超窄线宽、易调谐的特性在原子精密光谱学、光抽运原子钟、星载原子钟、相干光通讯、波分复用通讯网等领域有广泛的应用。但是，外腔半导体激光器是通过外加耦合腔件选模、压窄激光线宽来获得激光输出，所以外加器件的稳定性直接决定激光器能否正常工作。特别是在星载原子钟和光通信中，由于其工作环境恶劣，要求激光器能够有较强适应环境的能力，要求其具有良好的机械稳定性、温度稳定性、抗电磁干扰能力，并且保持激光输出性能不变。但是，通常的外腔半导体激光器机械稳定性较差，并不能在上述领域工作。以最常见的外腔半导体激光器为例，可以发现其机械稳定性较差。Littrow结构光栅外腔半导体激光器，通过利用光栅作为选频器件，并与激光二级管端面构成外腔获得单模窄线宽的激光输出。它由激光二极管、准直透镜、光栅组成，激光二极管前后端面形成本征腔，其发出的激光经过准直透镜准直，投射到光栅上，经过光栅选模的反射光反馈到激光二极管，光栅与激光二极管左端面形成外腔压窄激光器线宽，转动光栅可改变光栅的选频波段和外腔长度，可实现激光的连续调谐。在这种结构中，光栅具有选模作用，同时兼备构成外腔压窄线宽的作用。光栅的机械稳定性就决定了整个激光器的稳定性，其微小的振动足以改变光栅的位移，使光栅失去上述的两个功能，导致激光器不能工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述外腔半导体激光器的缺点，提供一种设计合理、结构简单、抗振性能好、适应环境、保持窄线宽、连续可调谐的抗振外腔半导体激光器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在底板上设置有半导体致冷片，半导体致冷片的冷面上设置有外腔腔体，外腔腔体内的左侧壁上设置有激光二极管，外腔腔体内的底部设置有热敏电阻、隔板、镜座、支承体，支承体上设置有双凸准直透镜，镜座上设置有干涉滤光片，隔板上设置有激光入射面为凸面、出射面为平面的聚焦透镜，隔板上设置有与平面反射镜联接的压电换能器，外腔腔体右侧壁的出光孔上设置有平凸准直透镜，外腔腔体的上端设置有外腔腔体上盖，外腔腔体的外部设置有外壳，外壳的左侧壁上加工有导线孔、右侧壁的出光孔上设置有平面透射镜。

本发明的双凸准直透镜激光入射面的曲率半径为2.5～3.5mm、激光出射面曲率半径为18～22mm。本发明的干涉滤光片与中心线的正向夹角α为5°～10°，干涉滤光片一面真空交替蒸镀50～100层氧化硅和氧化硒介质膜、另一面真空蒸镀5～15层氟化镁增透膜，聚焦透镜的激光入射面为凸面、曲率半径为8.8～11.6mm，聚焦透镜的激光出射面为平面，平面反射镜的镜面上真空交替蒸镀4～1 2二氧化硅、二氧化锆反射膜，平面透射镜的镜面上真空蒸镀有5～15层氟化镁增透膜。

本发明的双凸准直透镜激光入射面的曲率半径最佳为3.0mm、激光出射面曲率半径最佳为20mm。本发明的干涉滤光片与中心线的正向夹角α最佳为5°，干涉滤光片一面最佳真空交替蒸镀75层氧化硅和氧化硒介质膜、另一面最佳真空蒸镀10层氟化镁增透膜，聚焦透镜的激光入射面为凸面、曲率半径最佳为10.9mm，聚焦透镜的激光出射面为平面，平面反射镜的镜面上最佳真空交替蒸镀6层二氧化硅、二氧化锆反射膜，平面透射镜的镜面上最佳真空蒸镀有10层氟化镁增透膜。

本发明的平凸准直透镜的结构与聚焦透镜的结构完全相同。

本发明的平面反射镜位于聚焦透镜的焦点所在的垂直平面内。

本发明采用了干涉滤光片滤波以及将平面反射镜设置在聚焦透镜焦点的垂直平面上，提高了本发明的抗振性能，输出激光得到了超窄线宽。本发明具有设计合理、结构简单、无需调节、能适应温度和气压变化、抗电磁干扰能力强等优点，可应用于星载原子钟、商用原子钟、波分复用光通讯等领域。

附图说明

图1本发明实施例1的主视图。

图2图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2中，本实施例的抗振外腔半导体激光器由外壳1、激光二极管2、双凸准直透镜3、干涉滤光片4、外腔腔体上盖5、聚焦透镜6、压电换能器7、平面反射镜8、平凸准直透镜9、平面透射镜10、隔板11、外腔腔体12、底板13、镜座14、支承体15、热敏电阻16、半导体致冷片17联接构成。

在底板13上用导热胶粘接有半导体致冷片17，半导体致冷片17的冷面上用导热胶粘接有外腔腔体12，半导体致冷片17通过导线连接电源，半导体致冷片17用于稳定外腔腔体12内的温度。外腔腔体12的底部安装有热敏电阻16，热敏电阻16用于测量外腔腔体12内的温度，外腔腔体12内的左侧壁上安装有激光二极管2，激光二极管2用于发出激光，外腔腔体12内的底部与外腔腔体12底部连为一体有隔板11、镜座14、支承体15，支承体15上用螺纹紧固连接件固定联接安装有双凸准直透镜3，双凸准直透镜3为双凸透镜，双凸准直透镜3激光入射一面的曲率半径为3mm，激光出射一面曲率半径为20mm。镜座14上用螺纹紧固连接件固定联接安装有干涉滤光片4，干涉滤光片4与中心线的正向夹角α为7°，干涉滤光片4一面真空交替蒸镀75层氧化硅、氧化硒介质膜，起滤波作用，带宽在0.8nm以下，干涉滤光片4的另一面真空蒸镀10层氟化镁增透膜。隔板11上安装有聚焦透镜6，聚焦透镜6为平凸透镜，激光入射面为凸面、曲率半径为10.9mm，聚焦透镜6的激光出射面为平面。隔板11上用胶粘接有压电换能器7，压电换能器7通过导线连接外部电压源，压电换能器7的长度可通过改变外接电压源来调节。压电换能器7的激光出射端面上用胶粘接平面反射镜8，平面反射镜8位于聚焦透镜6的焦点所在的垂直平面内，平面反射镜8的镜面上真空交替蒸镀6层二氧化硅、二氧化锆反射膜，反射率为30％。外腔腔体12右侧壁的通光孔上用螺纹紧联连接件固定联接安装有平凸准直透镜9，平凸准直透镜9的结构与聚焦透镜6的结构完全相同，平凸准直透镜9的激光入射面为平面、激光出射面为凸面。外腔腔体12的上端用螺纹紧固联接件固定联接安装有外腔腔体上盖5。外腔腔体12的外部套装有外壳1，外壳1的下端用螺纹紧固联接件与底板13固定联接，外壳1的左侧壁上加工有导线孔、右侧壁上加工有通光孔，通光孔内用螺纹紧固联接件固定联接安装有平面透射镜10，平面透射镜10两镜面上真空交替蒸镀10氟化镁增透膜。这种结构的抗振外腔半导体激光器，采用了干涉滤光片滤波以及将平面反射镜设置在聚焦透镜焦点的垂直平面上，提高了抗振外腔半导体激光器的抗振性能，输出激光得到了超窄线宽。

实施例2

本实施例双凸准直透镜3激光入射面的曲率半径为2.5mm、激光出射面曲率半径为18mm。干涉滤光片4与中心线的正向夹角α为5°，干涉滤光片4一面真空交替蒸镀50层氧化硅和氧化硒介质膜、另一面真空蒸镀5层氟化镁增透膜，聚焦透镜6的激光入射面为凸面、曲率半径为8.8mm，聚焦透镜6的激光出射面为平面。平面反射镜8的镜面上真空交替蒸镀4层二氧化硅、二氧化锆反射膜，平面透射镜10的镜面上真空蒸镀有5层氟化镁增透膜。平凸准直透镜9的结构与聚焦透镜6的结构完全相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例双凸准直透镜3激光入射面的曲率半径为3.5mm、激光出射面曲率半径为22mm。干涉滤光片4与中心线的正向夹角α为10°，干涉滤光片4一面真空交替蒸镀100层氧化硅和氧化硒介质膜、另一面真空蒸镀15层氟化镁增透膜，聚焦透镜6的激光入射面为凸面、曲率半径为11.6mm，聚焦透镜6的激光出射面为平面。平面反射镜8的镜面上真空交替蒸镀12层二氧化硅、二氧化锆反射膜，平面透射镜10的镜面上真空蒸镀有15层氟化镁增透膜。平凸准直透镜9的结构与聚焦透镜6的结构完全相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

本发明的工作原理如下；

激光二极管2出射的激光经双凸准直透镜3后准直为平行光束，该平行激光束透过干涉滤光片4后获得单模激光，此平行单模激光透过聚焦透镜6聚焦在平面反射镜8上，一部分光被位于聚焦透镜6焦点平面的平面反射镜8反射回激光二极管2压窄激光线宽，另一部分激光通过平凸准直透镜9准直为平行光束，供用户使用。

Claims (5)

1、一种抗振外腔半导体激光器，其特征在于：在底板(13)上设置有半导体致冷片(17)，半导体致冷片(17)的冷面上设置有外腔腔体(12)，外腔腔体(12)内的左侧壁上设置有激光二极管(2)，外腔腔体(12)内的底部设置有热敏电阻(16)、隔板(11)、镜座(14)、支承体(15)，支承体(15)上设置有双凸准直透镜(3)，镜座(14)上设置有干涉滤光片(4)，隔板(11)上设置有激光入射面为凸面、出射面为平面的聚焦透镜(6)，隔板(11)上设置有与平面反射镜(8)联接的压电换能器(7)，外腔腔体(12)右侧壁的出光孔上设置有平凸准直透镜(9)，外腔腔体(12)的上端设置有外腔腔体上盖(5)，外腔腔体(12)的外部设置有外壳(1)，外壳(1)的左侧壁上加工有导线孔、右侧壁的出光孔上设置有平面透射镜(10)。

2、按照权利要求1所述的抗振外腔半导体激光器，其特征在于：所说的双凸准直透镜(3)激光入射面的曲率半径为2.5～3.5mm、激光出射面曲率半径为18～22mm；所说的干涉滤光片(4)与中心线的正向夹角(α)为5°～10°，干涉滤光片(4)一面真空交替蒸镀50～100层氧化硅和氧化硒介质膜、另一面真空蒸镀5～15层氟化镁增透膜，聚焦透镜(6)的激光入射面为凸面、曲率半径为8.8～11.6mm，聚焦透镜(6)的激光出射面为平面，平面反射镜(8)的镜面上真空交替蒸镀4～12二氧化硅、二氧化锆反射膜，平面透射镜(10)的镜面上真空蒸镀有5～15层氟化镁增透膜。

3、按照权利要求2所述的抗振外腔半导体激光器，其特征在于：所说的双凸准直透镜(3)激光入射面的曲率半径为3.0mm、激光出射面曲率半径为20mm；所说的干涉滤光片(4)与中心线的正向夹角(α)为5°，干涉滤光片(4)一面真空交替蒸镀75层氧化硅和氧化硒介质膜、另一面真空蒸镀10层氟化镁增透膜，聚焦透镜(6)的激光入射面为凸面、曲率半径为10.9mm，聚焦透镜(6)的激光出射面为平面，平面反射镜(8)的镜面上真空交替蒸镀6层二氧化硅、二氧化锆反射膜，平面透射镜(10)的镜面上真空蒸镀有10层氟化镁增透膜。

4、按照权利要求1所述的抗振外腔半导体激光器，其特征在于：所说的平凸准直透镜(9)的结构与聚焦透镜(6)的结构完全相同。

5、按照权利要求1或2或3所述的抗振外腔半导体激光器，其特征在于：所说的平面反射镜(8)位于聚焦透镜(6)的焦点所在的垂直平面内。

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