CN106025794A - 基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器 - Google Patents

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郭锦锦
刘建国
祝宁华
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser

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Abstract

一种基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，包括：一半导体激光器管芯；一第一聚焦透镜，其位于半导体激光器管芯一端的输出光路上；一光隔离器，其位于第一聚焦透镜的输出光路上；一第二聚焦透镜，其位于光隔离器的输出光路上；一光纤耦合输出端，其位于第二聚焦透镜的输出光路上；一第三聚焦透镜，其位于半导体激光器管芯另一端的输出光路上；一分光棱镜，其位于第三聚焦透镜的输出光路上，并呈45度角放置；一法珀标准具，其位于分光棱镜的输出光路上；一第一探测器芯片，其位于法珀标准具的输出光路上；一第二探测器芯片，其位于分光棱镜的折射光路上；一控制回路，其输入端与第一探测器芯片连接并与第二探测器芯片连接，其输出端与半导体激光器管芯连接。

Description

基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器。
背景技术
近年来，随着半导体激光器技术的迅猛发展，半导体激光器本身性能的不断提高，半导体激光器已经广泛应用于光纤通信、高分辨率激光光谱、中性原子的激光冷却、新型量子频标、俘获、激光探测等前沿科学研究方面。但是半导体激光器在自由运转时，其输出频率对其注入电流、工作温度都极其敏感，稳定性较差，会出现显著的频率漂移，这使得半导体激光器的应用受到了限制。因此对半导体激光器的稳频控制具有重要意义和应用价值。
目前比较实用的半导体激光器稳频技术主要有光反馈稳频技术、直接电控稳频技术以及混合稳频技术(光反馈和电反馈相结合的稳频方法)等。光反馈稳频技术主要有外腔光反馈稳频法、原子(或分子)基准稳频法、法珀标准具稳频法等。各种稳频技术的关键是检测出半导体激光器输出频率的变化量并将其转化为电压或电流信号变化量，再反馈回去控制半导体激光器的特种参数，比如工作温度和驱动电流等，使其输出激光频率基本保持不变。但是鉴于目前鉴频装置体积较大，受外界环境干扰较大。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，具有结构更简单稳固、体积更小、效率更高，力学性能稳定的优点。
本发明提供一种基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，包括：
一半导体激光器管芯；
一第一聚焦透镜，其位于半导体激光器管芯一端的输出光路上；
一光隔离器，其位于第一聚焦透镜的输出光路上；
一第二聚焦透镜，其位于光隔离器的输出光路上；
一光纤耦合输出端，其位于第二聚焦透镜的输出光路上；
一第三聚焦透镜，其位于半导体激光器管芯另一端的输出光路上；
一分光棱镜，其位于第三聚焦透镜的输出光路上，并呈45度角放置；
一法珀标准具，其位于分光棱镜的输出光路上；
一第一探测器芯片，其位于法珀标准具的输出光路上；
一第二探测器芯片，其位于分光棱镜的折射光路上；
一控制回路，其输入端与第一探测器芯片连接并与第二探测器芯片连接，其输出端与半导体激光器管芯连接。
本发明的有益效果是，具有结构更简单稳固、体积更小、效率更高，力学性能稳定的优点。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1是本发明的一种基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器示意图；
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，包括：
一半导体激光器管芯1，所述半导体激光器管芯1是输出波长为1550nm的半导体激光器、波长为1310nm的半导体激光器或波长为980nm的半导体激光器。并且所述的半导体激光器管芯1是双向输出的结构，端口A有增透膜，用于光纤耦合输出激光，端口B镀有60％-80％的反射膜，从而保证从激光器的端口B可以有一部分的光用于反馈控制；
一第一聚焦透镜2，其位于半导体激光器管芯1一端的输出光路上；
一光隔离器3，其位于第一聚焦透镜2的输出光路上，用于减少外部反射光对半导体激光器管芯1的影响；
一第二聚焦透镜4，其位于光隔离器3的输出光路上；
一光纤耦合输出端5，其位于第二聚焦透镜4的输出光路上，用于光纤耦合输出激光。
一第三聚焦透镜6，其位于半导体激光器管芯1另一端的输出光路上，用于分出一部分光进行光频率反馈控制，其中所述的第一、第二和第三聚焦透镜2、4和6的双面镀增透减反膜。
一分光棱镜7，其位于第三聚焦透镜6的输出光路上，并呈45度角放置，分光棱镜的作用在于将聚焦后的激光分为传播方向相互垂直的两束；
一法珀标准具8，其位于分光棱镜7的输出光路上，所述的法珀标准具8是固体的或是空气隙的法珀标准具，用于将光频率信号转换为光功率信号，起到鉴频的作用；
一第一探测器芯片9，其位于法珀标准具8的输出光路上，用于将功率信号转换为电压信号；
一第二探测器芯片10，其位于分光棱镜7的折射光路上，使一小部分光经过90度转向入射到光电探测器芯片中，从而将光功率信号直接转换为电压信号；
一控制回路11，其输入端与第一探测器芯片9连接，并与第二探测器芯片10连接，其输出端与半导体激光器管芯1连接，法珀标准具8的输出到第一探测器芯片9，经光电转换后到控制回路11，第二探测器芯片10直接输出到控制回路11，从而通过比较第一探测器芯片9和第二探测器芯片10的电压信号，控制半导体激光器管芯1的工作电流和工作温度，从而实现高精度的激光稳频。
其中所述的半导体激光器管芯1、第一聚焦透镜2、光隔离器3、第二聚焦透镜4、光纤耦合输出端5、第三聚焦透镜6、分光棱镜7、法珀标准具8、第一探测器芯片9、第二探测器芯片10、控制回路11放置在同一铜质热沉12上，所述的热沉12上带有热电制冷器进行主动控温。
本发明的工作过程为：
请参阅图1所示，采用法珀标准具8作为频率基准，鉴频信号的产生时利用透射光峰值的一半所对应的频率做中心频率，当激光输出频率偏离中心频率时，第一探测器芯片9和第二探测器芯片10输出电压信号不等，将接受到的两个电压信号做除法，依据得到的商值通过控制电路11及时调节激光器的驱动电流值，将频率锁定在中心频率上。
综上所述，本发明提供一种基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器具有结构简单紧凑、成本低、输出效率高等优点。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，包括：
一半导体激光器管芯；
一第一聚焦透镜，其位于半导体激光器管芯一端的输出光路上；
一光隔离器，其位于第一聚焦透镜的输出光路上；
一第二聚焦透镜，其位于光隔离器的输出光路上；
一光纤耦合输出端，其位于第二聚焦透镜的输出光路上；
一第三聚焦透镜，其位于半导体激光器管芯另一端的输出光路上；
一分光棱镜，其位于第三聚焦透镜的输出光路上，并呈45度角放置；
一法珀标准具，其位于分光棱镜的输出光路上；
一第一探测器芯片，其位于法珀标准具的输出光路上；
一第二探测器芯片，其位于分光棱镜的折射光路上；
一控制回路，其输入端与第一探测器芯片连接并与第二探测器芯片连接，其输出端与半导体激光器管芯连接。
2.根据权利要求1所述的基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，其中所述半导体激光器管芯是双向输出的结构，端口A有增透膜，用于光纤耦合输出激光，端口B镀有60％-80％的反射膜，从而保证从激光器的端口B有一部分的光用于反馈控制。
3.根据权利要求1所述的基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，其中双向输出的半导体激光器管芯是输出波长为1550nm的半导体激光器、波长为1310nm的半导体激光器或波长为980nm的半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，其中所述的第一、第二和第三聚焦透镜的双面镀增透减反膜。
5.根据权利要求1所述的基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，其中所述的法珀标准具是固体的或是空气隙的法珀标准具。
6.根据权利要求1所述的基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，其中所述的半导体激光器管芯、第一聚焦透镜、光隔离器、第二聚焦透镜、光纤耦合输出端、第三聚焦透镜、分光棱镜、法珀标准具、第一探测器芯片、第二探测器芯片和控制回路放置在同一铜质热沉上。
7.根据权利要求6所述的基于法珀标准具后向探测的稳频半导体激光器，其中所述的热沉上带有热电制冷器进行主动控温。
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