CN102104232B - 基于半导体光放大芯片的激光器 - Google Patents

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Abstract

一种基于半导体光放大芯片的激光器，在底板上设置有侧壁加工有导线孔、右侧壁加工有出光孔的盖体，盖体内底板的左侧设置安装有压电换能器的支撑块，压电换能器的右侧设置有全反射镜，底板上全反射镜右侧水平光轴方向设置有聚焦透镜，聚焦透镜右侧水平光轴方向设置有选模器件，选模器件右侧水平光轴方向设置有第一准直透镜，第一准直透镜右侧水平光轴方向设置有入射面镀有增透膜、出射面镀有部分反射膜的半导体光放大芯片，半导体光放大芯片右侧水平光轴方向设置有第二准直透镜，第二准直透镜右侧水平光轴方向设置有柱透镜。

Description

基于半导体光放大芯片的激光器
技术领域
本发明属于半导体激光器领域，具体涉及一种半导体光放大芯片激光器。 
背景技术
半导体光放大芯片是一种可实现光功率放大的器件，其具有小型化、低功耗和高增益等特性，增益系数可达30dB。在长距离光纤通讯、冷原子等需要大功率激光(大于500mW)的领域有广泛的应用。但是半导体光放大芯片不能单独使用，需要一台激光器提供种子光，注入到加载电流的芯片增益介质上，才可实现种子光的功率放大，同时保持输出的激光特性不变。在无种子激光输入的情况下，半导体光放大芯片输出的光不是激光，而是普通的自然光。这种方法需要激光器和半导体光放大器两个系统配合使用，不但成本高，而且系统不稳定，容易出现故障。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有激光器的不足，提供一种机械稳定性好、可实现大功率、超窄线宽和波长可调谐的基于半导体光放大芯片的激光器。 
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在底板上设置有侧壁加工有导线孔、右侧壁加工有出光孔的盖体，盖体内底板的左侧设置安装有压电换能器的支撑块，压电换能器的右侧设置有全反射镜，底板上全反射镜右侧水平光轴方向设置有聚焦透镜，聚焦透镜右侧水平光轴方向设置有选模器件，选模器件右侧水平光轴方向设置有第一准直透镜，第一准直透镜右侧水平光轴方向设置有入射面镀有增透膜、出射面镀有部分反射膜的半导体光放大芯片，半导体光放大芯片右侧水平光轴方向设置有第二准直透镜，第二准直透镜右侧水平光轴方向设置有柱透镜。 
本发明的半导体光放大芯片入射面的增透膜为真空交替蒸镀8～12层二氧化硅和二氧化锆增透膜、出射面的部分反射膜为真空交替蒸镀10～18层氟化镁和氟化钙反射膜或真空交替蒸镀10～16层二氧化硅和氟化镁反射膜。 
本发明的全反射镜与半导体光放大芯片出射面的部分反射膜构成激光谐振腔，聚焦透镜位于谐振腔内，全反射镜位于聚焦透镜的焦点所在的垂直平面内，全反射镜与聚焦透镜之间的距离与聚焦透镜的焦距相等，全反射镜的镜面上真空交替蒸镀 有24～30层三氧化二铝和五氧化二钽反射膜。 
本发明的选模器件为带宽小于2006Hz、刻线密度为300～600l/mm的透射光栅或透过率为80％～97％的法布里-珀罗标准具。 
本发明的半导体光放大芯片与第一准直透镜之间的距离与第一准直透镜的焦距相等。 
本发明的柱透镜与半导体光放大芯片之间的距离与柱透镜的焦距相等。 
本发明在半导体光放大芯片的出射面镀有部分反射膜层、入射面镀有增透膜，半导体光放大芯片出射面的部分反射膜层与外部设置的全反射镜构成激光谐振腔，由于激光谐振腔腔长比半导体激光器的腔长长，因此可获得窄线宽的激光；半导体光放大芯片发出的自然光经位于其入射端之前的第一准直透镜准直后，通过在激光谐振腔中插入的选模器件获得单模光，实现激光器的大功率窄线宽单模激光输出；本发明采用半导体光放大芯片发出的自然光作为种子光经全反射镜反射注入到自身的增益介质层，在激光谐振腔中振荡放大，获得大功率窄线宽激光输出；同时在全反射镜前设有聚焦透镜，可增强激光谐振腔的机械稳定性；在全反射镜后端面粘结压电换能器，可实现腔长的调节，从而实现激光波长可调谐；而半导体光放大芯片输出的激光发散，光斑为椭圆状，经过准直透镜后可获得平行光，再经过柱透镜整形，可获得圆形的激光光斑。 
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。 
具体实施方式
下面结合附图和各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中，本实施例的基于半导体光放大芯片的激光器由压电换能器1、全反射镜2、聚焦透镜3、选模器件4、第一准直透镜5、半导体光放大芯片6、第二准直透镜7、柱透镜8、盖体9、底板10、支撑块11联接构成。 
底板10上用螺纹紧固联接件固定联接有盖体9，盖体9的左侧壁上加工有导线孔，导线可从导线孔内穿过，盖体9的右侧壁上加工有出光孔，激光可经出光孔射出。盖体9内底板10的左侧用螺纹紧固联接件固定联接有支撑块11，支撑块11 上用螺纹紧固联接件固定联接有压电换能器1，压电换能器1通过导线与外部电压源连接，通过调节加载在压电换能器1的电压可调节激光谐振腔腔长，从而实现所输出的单模窄线宽大功率激光的波长可调谐。在压电换能器1上用胶粘贴固定有全反射镜2，全反射镜2为平面反射镜，全反射镜2的镜面上真空交替蒸镀有28层三氧化二铝和五氧化二钽，全反射镜2的反射率为99.8以上。底板10上全反射镜2右侧水平光轴方向用螺纹紧固联接件固定联接有聚焦透镜3，聚焦透镜3的焦距为18.2mm，全反射镜2与聚焦透镜3之间的距离与聚焦透镜3的焦距相等，全反射镜2位于聚焦透镜3的焦点所在的垂直平面内，聚焦透镜3用于将单模光聚焦到全反射镜2上，聚焦透镜3数值孔径为6.2，聚焦透镜3镜面上真空交替蒸镀有10层二氧化硅和二氧化锆。底板10上聚焦透镜3右侧水平光轴方向用螺纹紧固联接件固定联接有选模器件4，平行光束经选模器件4后得到单模光。本实施例的选模器件4是带宽为200GHz、透过率为90％的法布里-珀罗标准具。底板10上选模器件4右侧光轴方向用螺纹紧固联接件固定联接有第一准直透镜5，第一准直透镜5的曲率半径为3.1mm，数值孔径为6.8，镜面上真空交替蒸镀有10层二氧化硅和二氧化锆，第一准直透镜5用于将自然光准直成平行光束。底板10上第一准直透镜5右侧光轴方向用螺纹紧固联接件固定联接有半导体光放大芯片6，半导体光放大芯片6与第一准直透镜5之间的距离与第一准直透镜5的焦距相等。本实施例的半导体光放大芯片6的中心波长为850nm，增益系数为30dB，本发明还可以采用中心波长为780nm、795nm、830nm、1330、1550nm的半导体光放大芯片。在半导体光放大芯片6的入射面上真空交替蒸镀有10层二氧化硅和二氧化锆增透膜，在半导体光放大芯片6的出射面上真空交替蒸镀有14层氟化镁和氟化钙部分反射膜。本发明的全反射镜2与半导体光放大芯片6出射面的部分反射膜构成激光谐振腔，其机械稳定性好，可获得单模窄线宽的大功率激光输出。底板10上半导体光放大芯片6右侧光轴方向用螺纹紧固联接件固定安装有第二准直透镜7，第二准直透镜7的焦距为4.35mm，第二准直透镜7与半导体光放大芯片6之间的距离与第二准直透镜7的焦距相同，第二准直透镜7的镜面上真空交替蒸镀有10层二氧化硅和二氧化锆增透膜。底板10上第二准直透镜7右侧光轴方向用螺纹紧固联接件固定安装有柱透镜8，柱透镜8的焦距为34.4mm，柱透镜8与半导体光放大芯片6之间的距离与柱透镜8的焦距相等，柱透镜8的镜面上真空交替蒸镀有10层二氧化硅 和二氧化锆增透膜。半导体光放大芯片6输出的可调谐单模窄线宽大功率激光先后经过第二准直透镜7、柱透镜8后得到圆形光斑的平行激光输出。 
实施例2 
本实施例的半导体光放大芯片6入射面的增透膜为真空交替蒸镀8层二氧化硅和二氧化锆，半导体光放大芯片6出射面的部分反射膜为真空交替烝镀14层氟化镁和氟化钙。全反射镜2的镜面上真空交替蒸镀有24层三氧化二铝和五氧化二钽反射膜。选模器件4为带宽小于200GHz、透过率为80％的法布里-珀罗标准具。本实施例的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 
本实施例的半导体光放大芯片6入射面的增透膜为真空交替蒸镀12层二氧化硅和二氧化锆，半导体光放大芯片6出射面的部分反射膜为真空交替烝镀18层氟化镁和氟化钙。全反射镜2的镜面上真空交替蒸镀有30层三氧化二铝和五氧化二钽反射膜。选模器件4为带宽小于200GHz、透过率为80％的法布里-珀罗标准具。本实施例的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4 
本实施例的选模器件4为带宽小于200GHz、刻线密度为300l/mm的透射光栅。半导体光放大芯片6出射面的部分反射膜为真空交替蒸镀10层二氧化硅和氟化镁。本实施例的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5 
本实施例的选模器件4为带宽小于200GHz、刻线密度为500l/mm的透射光栅。半导体光放大芯片6出射面的部分反射膜为真空交替蒸镀14层二氧化硅和氟化镁。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6 
本实施例的选模器件4为带宽小于200GHz、刻线密度为600l/mm的透射光栅。半导体光放大芯片6出射面的部分反射膜为真空交替蒸镀16层二氧化硅和氟化镁。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7 
本实施例的选模器件4为透射光栅，透射光栅刻线密度为600l/mm。半导体光放大芯片6出射面的部分反射膜为真空交替蒸镀16层二氧化硅和氟化镁。本实施 例的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： 
作为增益介质的半导体光放大芯片6发出的自然光作为种子光经第一准直透镜5准直成平行光束，平行光束通过选模器件4选模后得到单模光，单模光通过聚焦透镜3聚焦到全反射镜2上，单模光经全反射镜2与半导体光放大芯片6的部分反射膜层构成的激光谐振腔后获得单模激光输出，单模激光出射后经第二准直透镜7和柱透镜8获得圆形光斑的平行激光输出。 
本发明与原有应用光放大芯片放大输入激光的功率方法相比，无需附加激光器即可实现大功率的激光输出，并且激光具有单模、窄线宽、波长可调谐等特性。本发明具有结构简单、机械稳定性好、无需频繁调节等有点，可广泛应用于原子钟、商用光纤通讯等领域。 

Claims (6)

1.一种基于半导体光放大芯片的激光器，其特征在于：在底板(10)上设置有侧壁加工有导线孔、右侧壁加工有出光孔的盖体(9)，盖体(9)内底板(10)的左侧设置安装有压电换能器(1)的支撑块(12)，压电换能器(1)的右侧设置有全反射镜(2)，底板(10)上全反射镜(2)右侧水平光轴方向设置有聚焦透镜(3)，聚焦透镜(3)右侧水平光轴方向设置有选模器件(4)，选模器件(4)右侧水平光轴方向设置有第一准直透镜(5)，第一准直透镜(5)右侧水平光轴方向设置有入射面镀有增透膜、出射面镀有部分反射膜的半导体光放大芯片(6)，半导体光放大芯片(6)右侧水平光轴方向设置有第二准直透镜(7)，第二准直透镜(7)右侧水平光轴方向设置有柱透镜(8)。
2.按照权利要求1所述的基于半导体光放大芯片的激光器，其特征在于：所说的半导体光放大芯片(6)入射面的增透膜为真空交替蒸镀8～12层二氧化硅和二氧化锆增透膜、出射面的部分反射膜为真空交替蒸镀10～18层氟化镁和氟化钙反射膜或真空交替蒸镀10～16层二氧化硅和氟化镁反射膜。
3.按照权利要求1所述的基于半导体光放大芯片的激光器，其特征在于：所说的全反射镜(2)与半导体光放大芯片(6)出射面的部分反射膜构成激光谐振腔，聚焦透镜(3)位于谐振腔内，全反射镜(2)位于聚焦透镜(3)的焦点所在的垂直平面内，全反射镜(2)与聚焦透镜(3)之间的距离与聚焦透镜(3)的焦距相等，全反射镜(2)的镜面上真空交替蒸镀有24～30层三氧化二铝和五氧化二钽反射膜。
4.按照权利要求1所述的基于半导体光放大芯片的激光器，其特征在于：所说的选模器件(4)为带宽小于200GHz、刻线密度为300～6001/mm的透射光栅或透过率为80％～97％的法布里-珀罗标准具。
5.按照权利要求1所述的基于半导体光放大芯片的激光器，其特征在于：所说的半导体光放大芯片(6)与第一准直透镜(5)之间的距离与第一准直透镜(5)的焦距相等。
6.按照权利要求1所述的基于半导体光放大芯片的激光器，其特征在于：所说的柱透镜(8)与半导体光放大芯片(6)之间的距离与柱透镜(8)的焦距相等。
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