CN107634448B - 一种外腔半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型外腔半导体激光器，其包括半导体激光器、激光准直装置和直角棱镜，直角棱镜包括斜面和两直角面，其中一直角面为光栅面，另一直角面为反射面，半导体激光器发出的激光经过激光准直装置后准直，准直后的激光由斜面入射至直角棱镜，并在光栅面发生衍射，产生的0级衍射光从直角棱镜出射，产生的‑1级衍射光由激光准直装置进入半导体激光器的谐振腔。本发明的新型外腔半导体激光器利用直角棱镜入射光与反射光平行的原理，确保光栅的‑1级衍射光能够长时间稳定的返回至半导体激光器的谐振腔内，大幅降低了外腔半导体激光器对准直透镜以及光栅稳定性的要求，解决了外腔半导体激光器波长锁定稳定性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种外腔半导体激光器。
背景技术
外腔半导体激光器是将外腔反馈技术应用到半导体激光器上，实现了窄线宽以及波长可连续调谐，外腔半导体激光器有诸多优点，如结构紧凑、效率高、寿命长且光谱特性优良，因此是光纤通信、光交换、光存储、光陀螺、光频标、计量检测等领域必要的光源，另外，外腔半导体激光器在激光打印、激光测距、光雷达、医学诊断、大气环境污染监测等方面都有着广泛的用途，目前,外腔半导体激光器已成为相干光通信、密集波分复用光纤传输系统以及宽带综合业务数字网中所需的关键部件。
目前外腔半导体激光器主要有littrow和littman两种形式，其中，littrow形式的工作原理如下：半导体激光器管芯发出的激光经透镜准直后，投射在闪耀光栅上，0级反射光直接出射，-1级衍射光束沿入射光方位原路返回，重新进入半导体激光器管芯内部形成参与激光腔内的模式竞争，转动光栅可以实现波长的调谐；littman形式的工作原理如下：光栅固定不动，半导体激光器发出的激光经过透镜准直后照射在光栅上，0级反射光直接出射，-1级衍射光被反射镜反射回到光栅，经过光栅的第二次衍射作用后进入半导体激光器内部参与模式竞争，通过旋转反射镜可以选择特定频率的光进入半导体激光器达到选纵模作用。由于Littman形式外腔激光器的光学反馈是经过光栅两次衍射提供的，因此其外腔反馈效率低，光栅需要有很高的衍射效率，因而0级输出功率小，因此对功率有所要求的场所，littrow形式是较为常用的选择。
而对于littrow形式外腔半导体激光器，准直光束指向性的稳定性对于波长锁定是至关重要的，光束指向性取决于准直透镜空间位置的稳定程度，以及光栅空间位置的稳定程度。由于半导体激光器快轴方向发光面尺寸极小D（um量级），准直透镜的焦距为F（mm量级），对于准直透镜而言，其空间位置的稳定性要小于D/2F；对于光栅，其空间位置稳定性小于D/4F；透镜的焦距不能太小，焦距越小，准直效果越差，因此一般准直透镜焦距在毫米量级，因此对于外腔激光器而言，无论是对准直透镜还是对光栅，其空间位置的稳定性在um量级，这对外腔激光器的工业化应用是非常不利的。当光栅的空间位置有微小变动时，那么光栅的-1级衍射将不能反馈至半导体激光器的谐振腔中，这将直接导致外腔激光器波长锁定失调。同样，当准直镜的空间位置发生变化，光栅的-1级衍射光也不能反馈至半导体激光器的谐振腔之中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提供确保光栅的-1级衍射光与入射光平行，大幅降低外腔半导体激光器对准直透镜以及光栅稳定性要求的外腔半导体激光器。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种外腔半导体激光器，包括半导体激光器、激光准直装置和直角棱镜，所述直角棱镜包括斜面和两直角面，其中一直角面为光栅面，另一直角面为反射面， 所述半导体激光器发出的激光经过所述激光准直装置后准直，准直后的激光由所述斜面入射至所述直角棱镜，并在所述光栅面发生衍射，产生的0级衍射光从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔。
作为本发明的进一步改进，当所述准直后的激光由所述斜面入射至所述光栅面上时，所述准直后的激光在所述光栅面上发生衍射，产生的0级衍射光经过所述反射面反射后从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光经过所述反射面反射后由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔。
作为本发明的进一步改进，当所述准直后的激光由所述斜面入射至所述反射面上时，所述准直后的激光由所述反射面反射至所述光栅面，并在所述光栅面上发生衍射，产生的0级衍射光从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔。
作为本发明的进一步改进，当所述准直后的激光中的一部分由所述斜面入射至所述光栅面上，另一部分由所述斜面入射至所述反射面上时，其中，入射至所述光栅面上的激光在所述光栅面上发生衍射，产生的0级衍射光经过所述反射面反射后从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光经过所述反射面反射后由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔；入射至所述反射面上的激光由所述反射面反射至所述光栅面，并在所述光栅面上发生衍射，产生的0级衍射光从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔。
作为本发明的进一步改进，所述光栅面镀有金属膜。
作为本发明的进一步改进，所述反射面镀有高反膜。
作为本发明的进一步改进，所述斜面镀有增透膜。
作为本发明的进一步改进，所述激光准直装置为准直透镜。
作为本发明的进一步改进，所述准直透镜镀有增透膜。
本发明的外腔半导体激光器通过将直角棱镜的一个直角面设置为光栅面，另一直角面设置为反射面，利用直角棱镜入射光与反射光平行的原理确保光栅的-1级衍射光能够长时间稳定的返回至半导体激光器的谐振腔内，大幅降低了外腔半导体激光器对准直透镜以及光栅稳定性的要求，解决了外腔半导体激光器波长锁定稳定性的问题，具有结构简单，设计合理，成本低等优点，具有广阔的市场前景和应用前景。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例中外腔半导体激光器的结构示意图一；
图2是本发明实施例中外腔半导体激光器的结构示意图二；
图3是本发明实施例中外腔半导体激光器的结构示意图三。
标记说明：10、半导体激光器；20、准直透镜；30、直角棱镜；31、斜面；32、光栅面；33、反射面；40、入射光；50、-1级衍射光；60、0级衍射光。
实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-3所示，为本发明外腔半导体激光器，该外腔半导体激光器包括半导体激光器10、准直透镜20和直角棱镜30，直角棱镜30包括斜面31和互相垂直的两直角面，其中一直角面为光栅面32，另一直角面为反射面33，其中，光栅面32镀有金属膜，反射面33镀有高反膜，斜面31镀有增透膜，准直透镜20上镀有增透膜。半导体激光器10发出的入射光40经过准直透镜20后准直，准直后的入射光40由斜面31入射至直角棱镜30。
如图1所示，当准直后的入射光40由斜面31入射至光栅面32上时，准直后的入射光40在光栅面32上发生衍射，产生的0级衍射光60经过反射面33反射后从直角棱镜30出射，产生的-1级衍射光50经过反射面33反射后由准直透镜20进入半导体激光器10的谐振腔。
如图2所示，当准直后的入射光40由斜面31入射至反射面33上时，准直后的入射光40由反射面33反射至光栅面32，并在光栅面32上发生衍射，产生的0级衍射光从直角棱镜30出射，产生的-1级衍射光50由准直透镜20进入半导体激光器10的谐振腔。
如图3所示，当准直后的入射光40中的一部分由斜面31入射至光栅面32上，另一部分由斜面31入射至反射面33上时，其中，入射至光栅面32上的入射光40在光栅面32上发生衍射，产生的0级衍射光60经过反射面33反射后从直角棱镜30出射，产生的-1级衍射光50经过反射面33反射后由准直透镜20进入半导体激光器10的谐振腔；入射至反射面33上的入射光40由反射面33反射至光栅面32，并在光栅面32上发生衍射，产生的0级衍射光从直角棱镜30出射，产生的-1级衍射光50由准直透镜20进入半导体激光器10的谐振腔。
使用前，为保证直角棱镜30的-1级衍射光50与其入射光40平行，首先将半导体激光器10的驱动电流调至阈值电流附近，用白屏接受输出光，仔细调整直角棱镜30的角度，当发现白屏上的输出光突然一闪即完成直角棱镜光栅的角度调整。
本发明的外腔半导体激光器通过将直角棱镜的一个直角面设置为光栅面，另一直角面设置为反射面，利用直角棱镜入射光与反射光平行的原理确保光栅的-1级衍射光能够长时间稳定的返回至半导体激光器的谐振腔内，大幅降低了外腔半导体激光器对准直透镜以及光栅稳定性的要求，解决了外腔半导体激光器波长锁定稳定性的问题，具有结构简单，设计合理，成本低等优点，具有广阔的市场前景和应用前景。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (1)
1.一种外腔半导体激光器，其特征在于，包括半导体激光器、激光准直装置和直角棱镜，所述直角棱镜包括斜面和两直角面，其中一直角面为光栅面，另一直角面为反射面， 所述半导体激光器发出的激光经过所述激光准直装置后准直，准直后的激光由所述斜面入射至所述直角棱镜，并在所述光栅面发生衍射，产生的0级衍射光从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔；
当所述准直后的激光由所述斜面入射至所述光栅面上时，所述准直后的激光在所述光栅面上发生衍射，产生的0级衍射光经过所述反射面反射后从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光经过所述反射面反射后由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔；
当所述准直后的激光由所述斜面入射至所述反射面上时，所述准直后的激光由所述反射面反射至所述光栅面，并在所述光栅面上发生衍射，产生的0级衍射光从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔；
当所述准直后的激光中的一部分由所述斜面入射至所述光栅面上，另一部分由所述斜面入射至所述反射面上时，其中，入射至所述光栅面上的激光在所述光栅面上发生衍射，产生的0级衍射光经过所述反射面反射后从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光经过所述反射面反射后由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔；入射至所述反射面上的激光由所述反射面反射至所述光栅面，并在所述光栅面上发生衍射，产生的0级衍射光从所述直角棱镜出射，产生的-1级衍射光由所述激光准直装置进入所述半导体激光器的谐振腔；
所述光栅面镀有金属膜；
所述反射面镀有高反膜；
所述斜面镀有增透膜；
所述激光准直装置为准直透镜；
所述准直透镜镀有增透膜。
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