CN114640022A - 谐振腔、激光器和激光雷达 - Google Patents

谐振腔、激光器和激光雷达 Download PDF

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Abstract

一种谐振腔、激光器和激光雷达，所述谐振腔包括：增益芯片，所述增益芯片具有光线出射的输出面；光纤光栅，所述光纤光栅位于所述输出面一侧，所述光纤光栅包括第一光栅，所述第一光栅具有多个第一栅条，相邻所述第一栅条之间具有第一间隔；第二光栅，所述第二光栅具有多个第二栅条，相邻所述第二栅条之间具有第二间隔；所述第二栅条位于所述第一间隔中，所述第一间隔与所述第二间隔不等。本发明技术方案能够缩短外腔腔长，减小各外腔腔长差。

Description

谐振腔、激光器和激光雷达
技术领域
本发明涉及激光器领域，特别涉及一种谐振腔、激光器和激光雷达。
背景技术
激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。近年来，自动驾驶技术发展迅速，激光雷达作为其距离感知的核心传感器，已不可或缺。激光器，作为激光雷达核心部件之一，其性能的好坏对激光雷达的性能有着的很大的影响。
外腔半导体激光器是由半导体激光器芯片和平面镜、法布里-珀罗(Fabry–Pérot)标准具或光栅等外腔反馈元件构成的。外腔半导体激光器具有许多其他类型激光器所无法比拟的优良特性，如输出光谱线宽窄、波长可调谐宽、可产生超短脉冲输出及实现高频幅度的调制等。但是由于光栅和反射镜的体积庞大、价格高，与半导体激光芯片封装工艺复杂，作为外腔结构反馈元件又有诸多缺点。
随着光纤光栅制作技术的不断进步，人们将普通半导体激光器(增益)芯片的一端面上镀增透膜，另一端面镀高反膜，增益芯片与光纤光栅形成外腔半导体激光器，这样解决了分离反馈元件与半导体激光器、光纤耦合封装的问题。
光纤光栅半导体外腔激光器具有极窄的输出线宽和良好的动态单模特性。多波长半导体激光器在密集型光波复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)系统、全光网络系统、激光雷达系统、精密测量等领域具有广泛的应用。为了简化系统设计，人们希望用一个能发射多个波长的激光器替代多个激光器光谱合束的方案，基于布拉格(Bragg)光纤光栅的多波长半导体外腔激光器受到广泛关注。
但是即使采用布拉格光纤光栅，多波长半导体外腔激光器依旧存在外腔腔长长，封装困难，以及各外腔腔长相差很大，对于超短脉冲工作的多波长半导体外腔激光器来说是致命的。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种谐振腔、激光器和激光雷达，以克服多波长外腔激光器腔长过长封装困难的问题，又解决了各个外腔腔长相差很大，不利于超短脉冲工作的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种谐振腔，包括：
增益芯片，所述增益芯片具有光线出射的输出面；光纤光栅，所述光纤光栅位于所述输出面一侧，所述光纤光栅包括第一光栅，所述第一光栅具有多个第一栅条，相邻所述第一栅条之间具有第一间隔；第二光栅，所述第二光栅具有多个第二栅条，相邻所述第二栅条之间具有第二间隔；所述第二栅条位于所述第一间隔中，所述第一间隔与所述第二间隔不等。
可选的，所述光纤光栅为布拉格光纤光栅。
可选的，最靠近所述增益芯片的栅条为初始栅条；最靠近所述增益芯片的间隔为初始间隔；
所述第二光栅的初始第二栅条位于所述第一光栅的初始间隔内。
可选的，还包括：第三光栅，所述第三光栅具有多个第三栅条，相邻所述第三栅条之间具有第三间隔；所述第三栅条位于所述第一间隔中，所述第三间隔与所述第一间隔和所述第二间隔均不等。
可选的，还包括：反射膜，所述反射膜与所述光纤光栅相对设置，位于所述增益芯片远离所述光纤光栅的一侧。
可选的，所述增益芯片具有后端面，所述后端面与所述输出面相背设置；所述反射膜位于所述后端面。
可选的，还包括：第一增透膜，所述第一增透膜位于所述输出面。
可选的，还包括：光纤透镜，所述光纤透镜位于所述增益芯片和所述光纤光栅之间。
可选的，还包括：第二增透膜，所述第二增透膜位于所述光纤透镜朝向所述增益芯片的端面。
可选的，所述光纤透镜具有楔形角；所述光纤透镜的楔形角的角度与所述增益芯片发射光线的发散角相对应。
可选的，所述增益芯片为半导体增益芯片，其具有沿快轴方向的发散角和沿慢轴方向的发散角，所述光纤透镜的楔形角的角度分别与所述沿快轴方向的发散角和所述沿慢轴方向的发散角相对应。
可选的，所述光纤透镜为单楔形光纤透镜、四方锥形光纤透镜和圆锥形光纤透镜中的至少一种。
可选的，所述光纤透镜朝向所述增益芯片的端面为朝向所述增益芯片凸出的曲面。
相应的，本发明还提供一种激光器，包括：
谐振腔，所述谐振腔为本发明的谐振腔。
可选的，还包括：导热基板，所述导热基板表面具有预制焊料区；所述增益芯片贴片于所述预制焊料区。
可选的，还包括：光纤固定块，所述光纤固定块表面具有凹槽；所述光纤光栅固定于所述凹槽内。
可选的，还包括：温度控制器，所述导热基板和所述光纤固定块位于所述温度控制器表面。
此外，本发明还提供一种激光雷达，包括：
光源，所述光源包括本发明的激光器；探测器，所述探测器的个数与所述激光器中光纤光栅包括的光栅数量相对应。
可选的，还包括：衍射元件，所述衍射元件位于所述光源所产生光线的光路下游。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的技术方案中，所述第二光栅的第二栅条位于第一光栅的第一间隔中，而且所述第一间隔与所述第二间隔不等，也就是说，所述第一光栅的光栅常数与所述第二光栅的光栅常数不相等，而且不同光栅常数的光栅相互交织，两个光栅的栅条交错设置，即所述第二光栅和所述第一光栅刻写在所述光纤光栅的同一区域内。当所述第一光栅和所述第二光栅分别作为腔镜与所述增益芯片分别构成外腔谐振腔时，由于刻写在同一区域，因此级联外腔谐振腔腔长短，外腔所占空间小，各光栅温度易控制，温度一致性好，封装易于小型化；而且腔长相近，在注入电流后，各波长光脉冲的出光时刻基本相同，能够有效改善其在窄脉冲激光雷达中应用的性能表现。
本发明可选方案中，所述谐振腔还包括：位于所述增益芯片的输出面的透膜，以抑制增益芯片输出面的端面反射，从而压制所述增益芯片内腔模式振荡，提高激光器性能稳定性。
本发明可选方案中，所述谐振腔还包括：光纤透镜；所述光纤透镜朝向所述增益芯片的端面为朝向所述增益芯片凸出的曲面；而且所述光纤透镜的楔形角的角度与所述增益芯片发射光线的发散角相对应，即发散角大的方向楔形角大，发散角小的方向，楔形角小，从而使增益芯片所产生光线中尽可能多经所述光纤透镜头耦合入所述光纤光栅，有效提高耦合效率，增大输出功率。
本发明的激光器中，所述增益芯片贴片于导热基板的预制焊料区；所述光纤光栅通过导热材料固定于所述光纤固定块的凹槽内；而导热基板和光纤固定块设置于温度控制器的测温基板上，与所述温度控制器一起构成温度反馈回路，以精确控制增益芯片和光纤光栅的温度，从而提高激光器的温度稳定性。
本发明的激光雷达中，所述光源采用本发明的激光器，当所述光纤光栅中不同光栅的栅条间的间隔不相等时，所述激光器能够同时产生不同波长的多种激光；在配合衍射光栅的使用，能够在不增加激光器数量的同时，增加输出通道，能够有效提高激光雷达性能。
附图说明
图1是一种采用布拉格光纤光栅级联的多波长半导体外腔激光器的结构示意图；
图2是本发明谐振腔一实施例的结构示意图；
图3是布拉格光纤光栅的工作原理示意图；
图4是图1所示谐振腔实施例中光纤光栅刻写过程的示意图；
图5是图1所示实施例中所述光纤透镜130的结构示意图；
图6是图5中箭头A方向的投影示意图；
图7是本发明激光器一实施例的立体示意图；
图8是图7所示激光器实施例的俯视结构示意图。
图9是图7所示激光器实施例中光纤光栅的透射谱。
图10是本发明激光雷达一实施例的光路结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术中的多波长半导体外腔激光器存在外腔腔长长和各外腔腔长相差大的问题。现结合一种采用布拉格光纤光栅的多波长半导体外腔激光器的结构示意图分析其外腔腔长大、各外腔腔长相差大问题的原因：
参考图1，示出了一种采用布拉格光纤光栅级联的多波长半导体外腔激光器的结构示意图。
所述激光器的谐振腔包括：增益芯片11，所述增益芯片11具有光线出射的出光面(图中未标示)以及与所述出光面相背的后端面(图中未标示)；反射膜20，所述反射膜20位于所述增益芯片11的后端面；布拉格光纤光栅30，所述布拉格光纤光栅30位于所述增益芯片1所产生光线的光路上；所述布拉格光纤光栅包括沿延伸方向依次排列的第一光栅31、第二光栅32以及第三光栅33；所述反射膜20与所述第一光栅31、所述第二光栅32以及所述第三光栅33分别形成不同腔长的谐振腔。
如图1所示，所述激光器利用具有多个光栅(分别为第一光栅31、第二光栅32以及第三光栅33)的布拉格光纤光栅选出多个波长，对应于不同的光栅，所形成外腔的腔长分别为L1、L2和L3。
由于所述多个光栅是沿光纤延伸方向依次排列且相互之间并无交叠；因此所形成外腔的腔长较大，从而容易出现封装困难；而且各外腔腔长的差值至少为一个光栅的宽度，即各腔长相差很大，因此在注入电流后，各波长光脉冲的出光时刻相差较大(即多个波长的开关不一致)，不利于所述激光器在使用窄脉冲的激光雷达，如当前基于飞行时间(TOF)测距的激光雷达中的应用。
为解决所述技术问题，本发明提供一种谐振腔，包括：增益芯片，所述增益芯片具有光线出射的输出面；光纤光栅，所述光纤光栅位于所述输出面一侧，所述光纤光栅包括第一光栅，所述第一光栅具有多个第一栅条，相邻所述第一栅条之间具有第一间隔；第二光栅，所述第二光栅具有多个第二栅条，相邻所述第二栅条之间具有第二间隔；所述第二栅条位于所述第一间隔中，所述第一间隔与所述第二间隔不等。
本发明的技术方案中，所述第二光栅的第二栅条位于第一光栅的第一间隔中，而且所述第一间隔与所述第二间隔不等，也就是说，所述第一光栅的光栅常数与所述第二光栅的光栅常数不相等，而且不同光栅常数的光栅相互交织，两个光栅的栅条交错设置，即所述第二光栅和所述第一光栅刻写在所述光纤光栅的同一区域内。当所述第一光栅和所述第二光栅作为腔镜与所述增益芯片110分别构成外腔谐振腔时，由于所述第一光栅和所述第二光栅刻写在同一区域，因此级联外腔谐振腔腔长短，外腔所占空间小，各光栅温度易控制，温度一致性好，封装易于小型化；而且各外腔腔长相近，在注入电流后，各波长光脉冲的出光时刻基本相同，能够有效改善其在窄脉冲激光雷达中应用的性能表现。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图2，示出了本发明谐振腔一实施例的结构示意图。
如图2所示，所述谐振腔包括：增益芯片110。
所述增益芯片110用以作为所述谐振腔的增益介质。所述增益芯片110具有光纤输出的输出面111。本发明一些实施例中，所述增益芯片110为半导体激光增益芯片。
需要说明的是，本实施例中，所述谐振腔还包括：第一增透膜(图中未示出)，所述第一增透膜位于所述增益芯片110的输出面，即直接在所述增益芯片的输出面上镀膜以获得所述第一增透膜。所述第一增透膜能够有效提高所述增益芯片110输出面的透射率、降低所述输出面上的反射率，从而能够有效抑制增益芯片110内腔模式振荡，有利于提高激光器性能的稳定性。具体的，所述第一增透膜的反射率小于0.1％。
所述谐振腔还包括：光纤光栅120，作为所述谐振腔的一个腔镜以反射光线。
需要说明的是，本发明一些实施例中，所述谐振腔还包括：反射膜113，所述反射膜113与所述光纤光栅120相对设置，位于所述增益芯片110远离所述光纤光栅120的一侧。
所述反射膜113作为所述谐振腔的另一个腔镜，用以与所述光纤光栅120构成谐振腔，所述增益芯片110所产生的光线在所述反射膜113和所述光纤光栅120之间来回反射。
具体的，本实施例中，所述增益芯片110具有后端面112，所述后端面112与所述输出面111相背设置；所述反射膜113位于所述后端面，即可以直接在所述增益芯片110的后端面112镀膜以形成所述反射膜113。本发明一些实施例中，所述反射膜113的反射率大于90％以降低所述谐振腔的损耗。
所述光纤光栅120位于所述增益芯片110的输出面111的一侧。所述光纤光栅120包括第一光栅121和第二光栅122，所述第一光栅121具有多个第一栅条，相邻第一栅条之间具有第一间隔；所述第二光栅具有多个第二栅条，相邻所述第二栅条之间具有第二间隔。所述第二栅条位于所述第一间隔中，所述第一间隔与所述第二间隔不等。
所述第二光栅122的第二栅条位于第一光栅121的第一栅条的间隔中，即所述第二光栅与所述第一光栅相互交织，两个光栅的栅条交错设置；而且所述第一间隔与所述第二间隔不等，即所述第二光栅的光栅常数与所述第一光栅的光栅常数不相等，也就是说，两个光栅常数不相等的光栅刻写在所述光纤光栅的同一区域。当所述第一光栅121和所述第二光栅122作为腔镜与所述增益芯片110分别构成的两个外腔谐振腔时，由于所述第一光栅121和所述第二光栅122刻写在同一区域，因此所构成级联外腔谐振腔腔长短，外腔所占空间小，各光栅温度易控制，温度一致性好，封装易于小型化；而且各外腔腔长相近，在注入电流后，各波长光脉冲的出光时刻基本相同，能够有效改善其在窄脉冲激光雷达中应用的性能表现。
如图1所示，本发明一些实施例中，所述谐振腔还包括：第三光栅123，所述第三光栅123具有多个第三栅条，相邻所述第三栅条之间具有第三间隔；所述第三栅条位于所述第一间隔中，所述第三间隔与所述第一间隔和所述第二间隔均不等。
也就是说，所述光纤光栅的同一区域能够刻写多个光栅，能够有效减小级联外腔谐振腔的腔长，减小外腔所占空间，从而降低各光栅温度控制的难度，提高各光栅温度的一致性，而且能够提高封装的小型化程度；此各外腔腔长相近，在注入电流后，各波长光脉冲的出光时刻基本相同，能够有效改善其在窄脉冲激光雷达中应用的性能表现。
本发明一些实施例中，所述光纤光栅的各个光栅中，最靠近所述增益芯片110的栅条为初始栅条；最靠近所述增益芯片的间隔为初始间隔；所述第二光栅的初始第二栅条位于所述第一光栅的初始间隔内，即所述谐振腔延伸方向，所述第一光栅121的多个第一栅条和所述第二光栅122的多个第二栅条从一开始即开始交错设置，从而能够最大限度的减小腔长，减小外腔所占空间，还能够最大限度的减小第一光栅121和所述第二光线122分别所构成谐振腔的腔长差距，能够有效提高激光器性能。
此外，本实施例中，所述谐振腔还包括：具有多个第三栅条的第三光栅123，所述第三光栅123的初始第三栅条也位于所述第一光栅的初始间隔内。也就是说，本实施例中，所述第一光栅121、所述第二光栅122和所述第三光栅123均刻写在同一区域内，从而能够最大限度的减小腔长，减小外腔所占空间，还能够最大限度的减小不同谐振腔的腔长差距，能够有效提高激光器性能。
本发明一些实施例中，所述光纤光栅120为布拉格光纤光栅。
结合参考图3和图4，其中图3示出布拉格光纤光栅的工作原理示意图；图4示出了图1所示谐振腔实施例中光纤光栅刻写过程的示意图。
布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)是在光纤纤芯内形成的空间相位光栅，通过光栅前向传输的纤芯模式与后向传输的纤芯模式之间发生耦合，而使前向传输的纤芯模式的能量传递给后向传输的纤芯模式，形成对入射波的反射。其中，反射波长(即布拉格波长)为λB＝2neffΛ，其中Λ为光栅常数(即光栅周期)，neff为纤芯等效折射率。布拉格光纤光栅可以通过掩模板法、化学腐蚀法、飞秒法等方式进行刻写。
图4所示的是采用掩模板法刻写布拉格光纤光栅的示意图。UV光束照射在相位掩膜板124上，入射光束分为-1级衍射光束和+1级衍射光束，而且-1级衍射光束和+1级衍射光束的光功率相等，两者相互干涉形成明暗相间的条纹。光纤纤芯材料的折射率在受到UV光照射后会随着光强的不同而改变。因此光强变化的干涉光能够通过光强调制光纤纤芯材料的折射率，从而形成布拉格光纤光栅。
掩模板法刻写的布拉格光纤光栅，光栅常数是相位掩模板周期的1/2。因此掩模板法所刻写的光纤光栅的光栅常数与入射光波长无关，只与相位掩模板的周期相关。
所以，图2所示谐振腔实施例中的光纤光栅，是在同一区域分别用不同周期的相位掩模板重复刻写三次，从而在同一区域形成三个具有不同光栅常数的光纤光栅，即同一区域内，不同光栅常数的光栅相互交织，从而能够减少光纤中，形成有光栅的区域的长度。图2所示实施例中，所述光纤光栅120的第一光栅121、第二光栅122和第三光栅123中，所对应的光栅常数分别为Λ1、Λ2和Λ3，刻写时所采用的相位掩模板周期分别为2Λ1、2Λ2和2Λ3。
继续参考图2，本发明一些实施例中，所述谐振腔还包括：光纤透镜130，所述光纤透镜130位于所述增益芯片110和所述光纤光栅120之间。所述光纤透镜130能够使所述增益芯片110所产生的光线尽可能的耦合进入所述光纤光栅120，从而降低所述谐振腔损耗。
结合参考图5和图6，其中图5示出了图1所示实施例中所述光纤透镜130的结构示意图，图6是图5中箭头A方向的投影示意图。
如图5和图6所示，本发明一些实施例中，所述光纤透镜130具有楔形角；所述光纤透镜130的楔形角的角度与所述增益芯片110发射光线的发散角相对应，也就是说，所述增益芯片110发射光线发散角越大的方向，所述光纤透镜130的楔形角越大；所述增益芯片110发射光线发散角越小的方向，所述光纤透镜130的楔形角越小，从而使增益芯片110所产生光线中尽可能多经所述光纤透镜130耦合入所述光纤光栅120，有效提高耦合效率，增大输出功率。上文中的楔形角即指在给定方向上光纤透镜130所成的张角。
本实施例中，所述增益芯片110为半导体增益芯片，所述半导体增益芯片具有沿快轴方向的发散角和沿慢轴方向的发散角，所述光纤透镜130的楔形角的角度分别与所述沿快轴方向的发散角和所述沿慢轴方向的发散角相对应，即所述光纤透镜130的楔形角的角度大小与沿快轴方向的发散角大小和沿慢轴方向的发散角大小相适应，也就是说，沿快轴方向的发散角大，则光纤透镜130该方向上的楔形角较大；沿慢轴方向的发散角小，则光纤透镜130该方向上的楔形角较小。
具体的，本实施例中，所述光纤透镜130为四方锥形光纤透镜。本发明其他实施例中，所述光纤透镜还可以为单楔形光纤透镜、圆锥形光纤透镜。
需要说明的是，如图5和图6所示，本发明一些实施例中，所述光纤透镜130朝向所述增益芯片110的端面为朝向所述增益芯片110凸出的曲面。朝向所述增益芯片110凸出的曲面，能够对光线起到汇聚作用，从而能够使更多的光线进入所述光纤光栅120内，从而有效提高耦合效率，增大输出功率。光纤透镜130例如是对光纤光栅120所在光纤波导的端面处的纤芯进行加工，例如研磨，而形成的。
需要说明的是，本实施例中，所述谐振腔还包括：第二增透膜，所述第二增透膜位于所述光纤透镜130朝向所述增益芯片的端面。第二增透膜能够有效提高经端面透射入所述光纤透镜130的光线强度，抑制光纤透镜130朝向所述增益芯片110的端面的端面反射，使光线能直接耦合进光纤波导，使光纤波导与所述增益芯片110模式匹配，耦合效率提升(例如能够使耦合小于大于60％)，从而能够有效抑制增益芯片110内腔模式振荡，有利于提高谐振腔稳定性。具体的，所述第二增透膜的反射率小于0.1％。
相应的，本发明还提供一种激光器，所述激光器包括：谐振腔，所述谐振腔为本发明的谐振腔。
参考图7和图8，示出了本发明激光器一实施例的结构示意图；其中图7是激光器实施例的立体示意图，图8是激光器实施例的俯视结构示意图。
所述谐振腔为本发明的谐振腔。具体的，所述谐振腔包括增益芯片210和光纤光栅220以及位于两者之间的光纤透镜230。所述谐振腔的具体技术方案参考前述谐振腔的实施例，本发明在此不再赘述。
所述光纤光栅220在目标波长范围内均具有一定的反射率和带宽，具有与多个(本实施例中为3个)布拉格周期对应的多个反射峰值，从而能够作为外腔激光器的选模元件。所述光纤光栅220中的多个光栅分别与所述增益芯片构成多个外腔谐振腔，当满足激光谐振条件时，多个激光波长同时谐振，输出多波长激光。
具体的，本实施例中，所述光纤光栅220包括3个不同光栅常数且刻写在同一区域的光栅。所述光纤光栅220与所述增益芯片210后端面212(如图8所示)的反射膜(图中未标示)一起分别作为外腔谐振腔的腔镜，所述光纤光栅220还作为外腔选模元件。
所述光纤光栅220在同一区域内刻写3个光栅，且每个光栅的光栅常数均不等，每个光栅的布拉格波长均不等，因此所述光纤光栅220在不同设计波长的位置存在一定带宽的反射峰(对应图9中透射谱的凹陷部分)。当满足激光谐振条件时，多个激光波长同时谐振，输出多波长激光。所述光纤光栅220在同一区域内刻写多个光栅，级联外腔谐振腔腔长短，腔长相近，在注入电流后，各波长光脉冲的出光时刻基本相同(即多个波长的开关一致)。
具体的，本实施例中，所述光纤光栅220中光栅区域的长度约为2mm，3个光栅对应的布拉格波长分别为1530nm、1550nm和1570nm，反射率约为20％，反射谱-3dB带宽为0.4nm。
继续参考图7和图8，所述激光器还包括：导热基板240，所述导热基板240表面具有预制焊料区；所述增益芯片210贴片于所述预制焊料区。
所述导热基板240为所述增益芯片210提供正负电极以实现供电。所述导热基板240为高导热基板，即所述导热基板240材料的导热率高、热阻小，能够实现热量的高效散逸，有利于改善所述增益芯片210的散热条件。
本发明一些实施例中，所述导热基板240的材料可以是氮化铝、氧化铍、氧化铝等材料。具体的，本实施例中，所述导热基板240的材料为氮化铝，导热系数为200W/m.k。
所述导热基板240的表面具有预制焊料区(图中未示出)，所述预制焊料区上预制了焊料以实现所述增益芯片210和导热基板240之间的焊接，从而不仅实现导热基板240和所述增益芯片210之间的电性连接，还实现所述增益芯片210在所述导热基板240之间的固定连接。具体的，本实施例中，所述预制焊料区上预制了Au/Sn焊料。
如图7所示，所述导热基板240上下表面均镀金。所述导热基板240被分为多个区域，不同区域分别用于设置所述所述增益芯片210正负电极的引线焊盘、温度传感器热敏电阻等。其中温度传感器热敏电阻靠近所述谐所述增益芯片210的位置贴片。
继续参考图7和图8，所述激光器还包括：光纤固定块250，所述光纤固定块250表面具有凹槽(图中未标示)；所述光纤光栅220固定于所述凹槽内。
所述光纤固定块250用以支撑固定光纤波导。所述光纤固定块250沿纵向中央部分开设凹槽用以设置所述光纤光栅220。所述光纤固定块250的凹槽内填充导热材料，一方面固定所述光纤光栅220，另一方面加速所述光纤光栅220的热量散逸以改善其散热条件。
因此，本发明一些实施例中，所述光纤固定块250的材料可以设置为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷、钨铜合金等具有一定硬度且高导热率的材料，以兼顾固定和散热的效果。
继续参考图7和图8，本发明一些实施例中，所述激光器还包括：温度控制器260，所述导热基板240和所述光纤固定块250位于所述温度控制器260表面，以精确控制增益芯片210和光纤光栅220的温度，从而有助于保持外腔腔长稳定，提高激光器的温度稳定性。
需要说明的是，所述激光器还包括：封装管壳270，所述封装管壳270包括壳体、PIN脚、管嘴、壳盖，所述封装管壳270为激光器的各种元器件提供密封稳定可靠的空间环境，并提供电连接的PIN脚。
本发明一些实施例中，所述温度控制器为半导体冷片温度控制器(Thermoelectric Cooler，TEC)。具体的，本实施例中，所述温度控制器260为半导体珀尔帖温度器件，通过回流焊工艺焊接于封装管壳270的底板上，导热基板240和光纤光栅固定块250通过回流焊工艺焊接在温度控制器260的上表面上，温度控制器260与温度传感器热敏电阻构成温度反馈回路，可以控制所述增益芯片210和所述光纤光栅220的温度，温度稳定性优于0.005℃。
此外，所述封装管壳270上给所述增益芯片210供电的正负电极PIN脚排布间距较小，可优化脉冲工作条件电极之间的寄生电感，提高激光器脉冲工作性能。
相应的，本发明还提供一种激光雷达，所述激光雷达包括：光源，所述光源包括本发明的激光器；探测器，所述探测器的个数与所述激光器中光纤光栅包括的光栅数量相对应。
参考图10，示出了本发明激光雷达一实施例的光路结构示意图。
所述激光器310为本发明的激光器，具体的，所述激光器310的谐振腔包括增益芯片和光纤光栅，所述光纤光栅包括多个光栅。所述激光器310的具体技术方案参考前述激光器的实施例，本发明在此不再赘述。
由于所述激光雷达的光源包括本发明的激光器310，即所述激光器310的谐振腔中的光纤光栅具有多个光栅，能够结合增益芯片形成多个外腔谐振腔，因此所述激光雷达的光源能够实现多波长输出。
如图10所示，本实施例中，所述激光雷达还包括：衍射元件320，所述衍射元件320位于所述光源所产生光线的光路下游。
需要说明的是，本实施例中，所述激光雷达还包括：准直透镜320，所述激光器310所产生的光线经所述准直透镜320准直，投射至所述衍射元件320上；由于所述激光器310是多波长输出，因此所产生的光线中包含有多个波长的光，因此所述衍射元件320能够将多个波长的光分为多个通道输出，从而形成多束探测光以出射进行探测。而且所形成通道数量与激光器产生光线中波长数量相等，即与光纤光栅中的光栅数量相等。
因此，所述激光雷达还包括：探测器(图中未示出)，所述探测器的个数与所述激光器中光纤光栅包括的光栅数量相对应。由于衍射元件320将激光器产生的多波长的光分为多个通道输出以形成多束探测光，因此所述探测器的数量与所述激光器中光纤光栅包括的光栅数量相对应从而实现多束探测光所形成回波的探测。
具体的，本实施例中，所述激光器310能够输出包括1530nm、1550nm和1570nm三个波长的激光。所述衍射元件320为衍射光栅。所述激光器310所产生的激光经准直透镜320准直后，以一定角度(例如近littrow角度)入射至所述衍射光栅；衍射光栅将光束分为3束光输出，分别为1550nm输出光410、1570nm输出光420、1530nm输出光430，也就是说，一个通道经衍射光栅分光后变为3个通道输出，输出的通道数量是原来的3倍。
综上，所述第二光栅的第二栅条位于第一光栅的第一间隔中，而且所述第一间隔与所述第二间隔不等，也就是说，所述第一光栅的光栅常数与所述第二光栅的光栅常数不相等，而且不同光栅常数的光栅相互交织，两个光栅的栅条交错设置，即所述第二光栅和所述第一光栅刻写在所述光纤光栅的同一区域内。当所述第一光栅和所述第二光栅分别作为腔镜与所述增益芯片分别构成外腔谐振腔时，由于刻写在同一区域，因此级联外腔谐振腔腔长短，外腔所占空间小，各光栅温度易控制，温度一致性好，封装易于小型化；而且腔长相近，在注入电流后，各波长光脉冲的出光时刻基本相同，能够有效改善其在窄脉冲激光雷达中应用的性能表现。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (19)

1.一种谐振腔，其特征在于，包括：
增益芯片，所述增益芯片具有光线出射的输出面；
光纤光栅，所述光纤光栅位于所述输出面一侧，所述光纤光栅包括第一光栅，所述第一光栅具有多个第一栅条，相邻所述第一栅条之间具有第一间隔；第二光栅，所述第二光栅具有多个第二栅条，相邻所述第二栅条之间具有第二间隔；
所述第二栅条位于所述第一间隔中，所述第一间隔与所述第二间隔不等。
2.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述光纤光栅为布拉格光纤光栅。
3.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，最靠近所述增益芯片的栅条为初始栅条；最靠近所述增益芯片的间隔为初始间隔；
所述第二光栅的初始第二栅条位于所述第一光栅的初始间隔内。
4.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，还包括：第三光栅，所述第三光栅具有多个第三栅条，相邻所述第三栅条之间具有第三间隔；
所述第三栅条位于所述第一间隔中，所述第三间隔与所述第一间隔和所述第二间隔均不等。
5.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，还包括：反射膜，所述反射膜与所述光纤光栅相对设置，位于所述增益芯片远离所述光纤光栅的一侧。
6.如权利要求5所述的谐振腔，其特征在于，所述增益芯片具有后端面，所述后端面与所述输出面相背设置；所述反射膜位于所述后端面。
7.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，还包括：第一增透膜，所述第一增透膜位于所述输出面。
8.如权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，还包括：光纤透镜，所述光纤透镜位于所述增益芯片和所述光纤光栅之间。
9.如权利要求8所述的谐振腔，其特征在于，还包括：第二增透膜，所述第二增透膜位于所述光纤透镜朝向所述增益芯片的端面。
10.如权利要求8所述的谐振腔，其特征在于，所述光纤透镜具有楔形角；
所述光纤透镜的楔形角的角度与所述增益芯片发射光线的发散角相对应。
11.如权利要求8或10所述的谐振腔，其特征在于，所述增益芯片为半导体增益芯片，其具有沿快轴方向的发散角和沿慢轴方向的发散角，所述光纤透镜的楔形角的角度分别与所述沿快轴方向的发散角和所述沿慢轴方向的发散角相对应。
12.如权利要求8或10所述的谐振腔，其特征在于，所述光纤透镜为单楔形光纤透镜、四方锥形光纤透镜和圆锥形光纤透镜中的至少一种。
13.如权利要求8所述的谐振腔，其特征在于，所述光纤透镜朝向所述增益芯片的端面为朝向所述增益芯片凸出的曲面。
14.一种激光器，其特征在于，包括：
谐振腔，所述谐振腔为权利要求1～13任一项所述的谐振腔。
15.如权利要求14所述的激光器，其特征在于，还包括：导热基板，所述导热基板表面具有预制焊料区；
所述增益芯片贴片于所述预制焊料区。
16.如权利要求14所述的激光器，其特征在于，还包括：光纤固定块，所述光纤固定块表面具有凹槽；所述光纤光栅固定于所述凹槽内。
17.如权利要求14所述的激光器，其特征在于，还包括：温度控制器，所述导热基板和所述光纤固定块位于所述温度控制器表面。
18.一种激光雷达，其特征在于，包括：
光源，所述光源包括权利要求14～17任一项所述的激光器；
探测器，所述探测器的个数与所述激光器中光纤光栅包括的光栅数量相对应。
19.如权利要求18所述的激光雷达，其特征在于，还包括：衍射元件，所述衍射元件位于所述光源所产生光线的光路下游。
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