CN116316060A - 基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法 - Google Patents
基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法，包括激光增益芯片、准直透镜、1/2波片、全息光栅、直角棱镜、PZT、NTC热敏电阻、TEC和驱动控制系统。所述激光增益芯片为弯曲波导，有效抑制内腔反馈；所述准直透镜采用光束轴向扫描法进行调节，使准直光束的瑞利距离最长，减少谐振腔的耦合损耗；所述1/2波片将光束变换为长轴偏振状态，光束偏振方向与所述全息光栅的刻线方向垂直，增加外腔反馈强度，增大边模抑制比，减小激光器线宽；所述直角棱镜将全息光栅的一级衍射光自准直反馈回谐振腔，增加外腔光路的误差容限；所述直角棱镜的初始位置通过光谱仪和FP扫描干涉仪监测调校，所述PZT可以改变直角棱镜的角度，实现调谐功能。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体涉及一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法。
背景技术
外腔可调谐半导体激光器具有结构紧凑、成本低、稳定性高、光谱特性优良等特点，通过引入衍射光栅等反馈元件将激光器线宽压窄至千赫兹级别，同时反馈元件作为调谐元件实现了波长调谐、单模输出、大边摸抑制比等优良特性，被广泛应用于干涉测量、激光雷达、光纤波分复用技术、相干光通信等领域。采用Littman结构的外腔半导体激光器对比结构简单的Littrow型外腔半导体激光器具有更大的优势，前者在调谐时可以保持光束稳定输出，且线宽更窄，是实际应用中的更优选择。
然而Littman结构外腔半导体激光器在制造集成的过程中面临较高的反馈光耦合损耗，激光增益芯片输出光束固有的短轴偏振结构无法在确保全息光栅衍射效率达到最大的前提下，兼顾直角棱镜的低损耗，因此加大了起振光路的调节难度，同时不利于外腔半导体激光器的小型化设计。除此之外，激光增益芯片输出光束的准直过程也带来了较大的光束损耗，因此如何降低反馈光的耦合损耗成了亟待解决的问题。
在专利CN113036599A《一种提高Littman结构可调谐外腔半导体激光器输出功率的方法》中提出了一种可以降低衍射损耗的外腔结构，在Littman-Metcalf结构的基础上增加一个反射镜，利用第二个反射镜将闪耀光栅二次衍射产生的零级衍射光反馈回半导体激光器腔内，有效降低了Littman-Metcalf结构激光器的外腔损耗，提高了系统的耦合效率，然而在原有的元器件上多增加一个反射镜的方法加大了外腔的装调难度，降低了外腔半导体激光器的误差容限，在实际应用中具有一定的局限性。
发明内容
本发明旨在提供一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法，提高了外腔反馈光的耦合效率，降低了准直过程带来的准直损耗和耦合损耗，解决了现有外腔半导体激光器反馈光束损耗较大的问题，增大了外腔光路的误差容限，有效减小了外腔半导体激光器起振光路的调节难度。
实现本发明的技术解决方案为：一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器，包括激光增益芯片、准直透镜、1/2波片、全息光栅、直角棱镜、PZT、NTC热敏电阻、TEC和驱动控制系统，共光轴设置激光增益芯片、准直透镜和1/2波片，全息光栅倾斜放置在1/2波片的后方，全息光栅的光栅面与上述光轴之间存在夹角，直角棱镜位于全息光栅的1级衍射光光路上，直角棱镜的棱线与全息光栅的1级衍射光垂直；PZT固定在直角棱镜的背面，用于推动直角棱镜实现调谐功能；NTC热敏电阻紧贴激光增益芯片放置，TEC放置于激光增益芯片、准直透镜、1/2波片、全息光栅、直角棱镜、PZT和NTC热敏电阻下方，对激光器进行温度控制；驱动控制系统包括恒流驱动电源、电压驱动器和温控器三个模块，其中恒流驱动电源连接控制激光增益芯片，电压驱动器连接控制PZT，温控器分别连接控制NTC热敏电阻和TEC，NTC热敏电阻测得激光增益芯片的实时温度并通过温控器将温度信息传递给TEC，使得TEC达到高效温控。
一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，步骤如下：
步骤1、搭建如权利要求1所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器。
步骤2、采用光束轴向扫描法对激光增益芯片与准直透镜进行准直校准。
步骤3、调节1/2波片快轴方向，使得激光增益芯片准直后的输出光束呈长轴偏振状态。
步骤4、调节全息光栅和直角棱镜位置，使得外腔调谐激光器的输出光束在外腔中起振。
步骤5、利用外接的光谱仪和FP扫描干涉仪对直角棱镜的初始位置进行监测调校，从而调节输出光束的中心波长和纵模特性。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明所述的激光增益芯片采用弯曲波导结构，两端分别镀有高反膜和抗反膜，最大程度减弱了内腔反馈，有效抑制了激光增益芯片内部起振的现象。
(2)本发明所述准直透镜的准直过程中采用光束轴向扫描法，利用光斑分析仪对准直透镜进行精调，使得输出光瑞利距离达到最大，降低了准直过程带来的准直损耗和耦合损耗。
(3)本发明提出利用1/2波片将输出光束偏振状态调节为长轴偏振的方法，同时满足光束偏振方向垂直于光栅刻线方向，平行于直角棱镜棱线方向，使得全息光栅1级衍射效率达到最大，降低了外腔反馈光在光路中的损耗，提高了外腔反馈光的耦合效率，增加了外腔光路的误差容限。
(4)本发明所述的TEC配合NTC热敏电阻对激光器内部环境进行温控，温控误差可控制0.0002℃以内，驱动控制系统中恒流驱动电源对于激光增益芯片的电流控制精度在μA量级，为外腔半导体激光器的稳定输出提供了保障。
附图说明
图1为基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器结构示意图。
图2为弯曲增益芯片结构示意图。
图3(a)为激光增益芯片与准直透镜准直粗调光路示意图。
图3(b)为激光增益芯片与准直透镜准直光斑扫描光路示意图。
图4为1/2波片快轴调节光路示意图。
图5(a)为激光器起振光路调节光路示意图。
图5(b)为激光器起振光路微调光路示意图。
图6为激光器输出光束中心波长调节光路示意图。
图7为外腔可调谐半导体激光器纵模数筛选光路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1～图7，本发明所述的一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法包括激光增益芯片1、准直透镜2、1/2波片3、全息光栅4、直角棱镜5、PZT6、NTC热敏电阻7、TEC8和驱动控制系统9。所述激光增益芯片1采用弯曲波导结构，准直透镜2通过光束轴向扫描法对其输出光束进行高精度准直，最大程度上降低了准直过程带来的准直损耗和耦合损耗；利用1/2波片3将输出光束偏振状态调节为长轴偏振，降低了外腔反馈光在光路中的损耗，提高了外腔反馈光的耦合效率，有效降低了外腔半导体激光器起振光路的调节难度；所述NTC热敏电阻7、TEC8和驱动控制系统9提供了高精度的温度控制和激光增益芯片直流驱动，为外腔半导体激光器的稳定输出提供了保障。
结合图1，共光轴设置激光增益芯片1、准直透镜2和1/2波片3，全息光栅4倾斜放置在1/2波片3的后方，全息光栅4的光栅面与上述光轴之间存在夹角，直角棱镜5位于全息光栅4的1级衍射光光路上，直角棱镜5的棱线与全息光栅4的1级衍射光垂直；PZT6固定在直角棱镜5的背面，用于推动直角棱镜5实现调谐功能；NTC热敏电阻7紧贴激光增益芯片1放置，TEC8放置于激光增益芯片1、准直透镜2、1/2波片3、全息光栅4、直角棱镜5、PZT6和NTC热敏电阻7下方，对激光器进行温度控制；驱动控制系统9包括恒流驱动电源9-1、电压驱动器9-2和温控器9-3三个模块，其中恒流驱动电源9-1连接控制激光增益芯片1，电压驱动器9-2连接控制PZT6，温控器9-3分别连接控制NTC热敏电阻7和TEC8，NTC热敏电阻7测得激光增益芯片1的实时温度，温控器9-3根据NTC热敏电阻7测得的温度数据对TEC8进行实时控制，从而达到对激光器进行温控的目的。
结合图2，激光增益芯片1采用弯曲波导结构，其第一端镀反射率大于95％的高反膜；第二端为输出端镀反射率小于0.05％的抗反膜，弯曲波导和抗反膜设计最大程度减弱了内腔反馈，有效抑制了激光增益芯片1内部起振的现象。激光增益芯片1包括芯片1-1和管座1-2，封装时，为确保光束垂直于其输出端面，根据芯片1-1的出光方向将芯片1-1与管座1-2的相对位置进行调整，芯片1-1倾斜放置，并与管座1-2之间存在夹角。
本发明提出了一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，其具体步骤如下：
步骤1、搭建如图1所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器。
步骤2、采用光束轴向扫描法对激光增益芯片1与准直透镜2进行准直校准，具体如下：
采用光束轴向扫描法对准直透镜2姿态进行高精度调整，使得准直过程带来的准直损耗和耦合损耗降到最低，具体包括两步：
结合图3(a)，所述准直透镜2的F数和激光增益芯片1的发散角θ需满足以下关系：
步骤2-1，利用光屏10完成激光增益芯片1输出光束准直的粗调，具体为：
将激光增益芯片1固定于水平平台上，确保输出光束水平输出，在激光增益芯片1光束输出方向增设光屏10，确保输出光束入射到光屏10上，在光屏10上标记激光增益芯片1输出光束高度后将光屏10置于输出光方向2m远处；将准直透镜2置于激光增益芯片1输出端前，调节准直透镜2前后位置使得光屏10上光斑达到最小；观察光屏10上光斑形状，调节准直透镜2俯仰角度、左右偏摆角度使得光屏10上光斑形状呈椭圆，配合调节准直透镜2上下、左右位置使得光屏10上光斑位置与标记位置重合。
完成初步调校后，准直透镜2的光轴与激光增益芯片1的光轴已经基本重合，只需对准直透镜2前后位置进行微调以保证输出光束的瑞利距离最长。
结合图3(b)，步骤2-2，利用光斑分析仪12对准直透镜2的位置进行精调，具体为：
在激光增益芯片1输出光方向安装导轨11，并增设光斑分析仪12，将光斑分析仪12固定在导轨11的滑块13上；移动滑块13，记录不同位置下光斑分析仪12测得的光斑大小，分析准直光束的瑞利距离；调节准直透镜2前后位置使得光斑分析仪12测得的瑞利距离最长，完成激光增益芯片1输出光束的准直。
步骤3、调节1/2波片3快轴方向，使得激光增益芯片1准直后的输出光束呈长轴偏振状态，具体如下：
激光增益芯片1的输出光束呈现椭圆状光斑，由于激光增益芯片1输出光束的固有特性，其偏振方向与光强分布的短轴方向一致，本发明提出利用1/2波片3调节激光增益芯片1输出光束的偏振方向，以此实现长轴偏振输出光束，结合图4，其具体调节步骤如下：
步骤3-1，在准直过程中确保激光增益芯片1出射光斑水平方向为长轴。
步骤3-2，将1/2波片3垂直放置于准直透镜2后方，并增设偏振片14、功率计探测头15-1，将偏振片14垂直放置于1/2波片3后方，功率计探测头15-1放置于偏振片14后，确保光束全部入射到功率计探测头15-1探测范围内。
步骤3-3，将偏振片14透光轴固定在水平位置，缓慢旋转1/2波片3，当功率计15示数达到最大时，固定1/2波片3位置，此时1/2波片3快轴方向的调节完成。
输出光束准直后穿过1/2波片3入射到全息光栅4的刻线面上，其1级衍射光通过直角棱镜5自准直回到激光增益芯片1内部，其中全息光栅4的1级衍射效率在输入光束偏振方向垂直于全息光栅4刻线方向时达到最大，直角棱镜5反馈回激光增益芯片1内部的光束耦合效率最高，有利于外腔半导体激光器的起振光路调节和输出光束特性优化。与此同时全息光栅4被光束照射的刻线数更多，1级衍射光中不同波长的光束被更大程度地分离开，使得直角棱镜5反射回激光增益芯片1内部的反馈光中杂光更少，外腔调谐激光器输出光的线宽被压窄，边模抑制比有所提升。
对直角棱镜5而言，入射光束光强分布长轴方向与棱线平行，有利于增加反馈光耦合效率，降低直角棱镜5制造成本，增大外腔光路的误差容限。
步骤4、调节全息光栅4和直角棱镜5位置，使得外腔调谐激光器的输出光束在外腔中起振，具体如下：
完成1/2波片3的调节后，步骤4调节全息光栅4和直角棱镜5位置，使得外腔调谐激光器的输出光束在外腔中起振，其具体步骤如下：
步骤4-1，将全息光栅4放置于调节好的1/2波片3后方，倾斜放置使得其光栅刻线面与光轴夹角存在夹角，调节全息光栅4放置位置确保激光增益芯片1输出光束全部入射到光栅刻线面上。
步骤4-2，将直角棱镜5放置于全息光栅4的1级衍射光出射方向，其棱线垂直于光路，确保光束自准直状态，调整直角棱镜5放置位置确保光束全部入射到棱镜内部。
结合图5(a)，步骤4-3，在1/2波片3和全息光栅4之间增设光阑16，调节光阑16使得平面垂直于光轴，透光孔位于输出光束中心，调节直角棱镜5左右偏摆角度和全息光栅4俯仰角度使得反射光斑与透光孔完全重合，能够观察到输出光束功率提升8倍以上，即光路成功起振。
结合图5(b)，步骤4-4，撤去光阑16，通过增设功率计15测量激光器输出光束功率，对直角棱镜5左右偏摆角度和全息光栅4俯仰角度进行微调，使得激光器输出光束功率达到最大，此时起振光路调节完成。
外腔半导体激光器的中心波长和纵模特性由直角棱镜5的初始位置决定，在完成起振光路调节后，需要根据激光器中心波长，利用外接的光谱仪17和FP扫描干涉仪18对直角棱镜5的初始位置进行监测调校，从而调节输出光束的中心波长和纵模特性，其调节过程的旋转方向可以根据光栅方程进行判断
d(sinα±sinβ)＝mλ
其中d为光栅常数，α为光束入射角，β为光束衍射角，m为衍射级次，λ为入射光波长。
步骤5、结合图6，利用外接的光谱仪17和FP扫描干涉仪18对直角棱镜5的初始位置进行监测调校，从而调节输出光束的中心波长和纵模特性，具体如下：
步骤5-1，将光谱仪17放置在激光器出光口处，测量输出光束的中心波长；若测试波长比理想中心波长小，绕棱线与全息光栅4刻线面的交点往靠近全息光栅4的方向缓慢旋转直角棱镜5，确保光路起振状态；若测试波长比理想中心波长大，绕棱线与全息光栅4刻线面的交点往原理全息光栅4的方向缓慢旋转直角棱镜5；若测试波长与理想中心波长相差1nm以下，则无需在此步骤对直角棱镜5进行调整，直角棱镜5的粗调完成。
单纵模特性是外腔半导体激光器的重要特性之一，即激光器需要在工作过程中保证单纵模运行。因此需根据激光器纵模特性对直角棱镜5进行精调，确保其单纵模输出。结合图7，步骤5中直角棱镜5的精调步骤如下：
步骤5-2，将FP扫描干涉仪18放置在激光器出光口处，测量输出光束的纵模特性，分析纵模个数，若不符合单纵模输出要求，在确保光路起振状态下绕棱线与全息光栅4刻线面的交点微调直角棱镜5的角度，直到激光器输出光束为单纵模，则直角棱镜5初始位置的精调完成。
PZT6推动直角棱镜5在起振状态下绕棱线与全息光栅4刻线面的交点旋转，完成外腔可调谐半导体激光器的调谐。
NTC热敏电阻7紧靠激光增益芯片1放置，实时监测激光增益芯片1温度变化，TEC8放置于整个外腔可调谐半导体激光器下方，制冷面朝上，利用PID控制算法结合NTC热敏电阻7测得的温度对激光器内部环境进行温控，温控误差控制在理想温度上下浮动范围0.0002℃以内；驱动控制系统9中恒流驱动电源9-1通过采样电阻实时采样激光增益芯片1的偏置电流，电流控制精度在μA量级，保障外腔半导体激光器的输出光束稳定性。
实施例1
本实施例采用650nm增益芯片作为激光增益芯片1，该芯片采用弯曲波导结构，第一端镀反射率大于95％的高反膜，输出端镀反射率小于0.05％的抗反膜，封装时将芯片倾斜放置以确保输出光束光束垂直于输出端面。
本实施例采用直径为2.62mm，F数为3.8的非球面透镜为准直透镜2，采用光栅刻线数为2400g/cm的全息光栅作为全息光栅4。
本实施例采取一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，其具体步骤如下：
步骤1、搭建如图1所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器；
步骤2、采用光束轴向扫描法对激光增益芯片1与准直透镜2进行准直校准，具体如下：
步骤2-1，如图3(a)所示，将激光增益芯片1固定于水平平台上，在激光增益芯片1光束输出方向增设光屏10，确保输出光束水平输出，在光屏10上标记激光增益芯片1输出光束高度，将光屏10置于输出光方向2m远处；将准直透镜2置于激光增益芯片1输出端前，调节准直透镜2前后位置使得光屏10上光斑大小最小，观察光屏10上光斑形状，调节准直透镜2俯仰角度、左右偏摆角度使得光屏10上光斑形状呈椭圆，配合调节准直透镜2上下、左右位置使得光屏10上光斑位置与标记位置重合，完成激光增益芯片1输出光束准直的粗调。
步骤2-2，如图3(b)所示，在激光增益芯片1输出光方向安装导轨11，并增设光斑分析仪12，将光斑分析仪12固定在导轨11的滑块13上；移动滑块13，记录不同位置下光斑分析仪12测得的光斑大小，分析准直光束的瑞利距离；调节准直透镜2前后位置使得光斑分析仪12测得的瑞利距离最长，完成激光增益芯片1输出光束的准直。
步骤3、调节1/2波片3快轴方向，使得激光增益芯片1准直后的输出光束呈长轴偏振状态。
输出光束准直后，利用1/2波片3调节激光增益芯片1输出光束的偏振方向，以此实现长轴偏振输出光束，结合图4，具体调节过程如下：
首先需在准直过程中确保激光增益芯片1出射光斑水平方向为长轴，将1/2波片3垂直放置于准直透镜2后方，并增设偏振片14、功率计探测头15-1，将偏振片14垂直放置于1/2波片3之后，功率计探测头15-1放置于偏振片14后，确保光束全部透过1/2波片3和偏振片14入射到功率计探测头15-1探测范围内。光路搭建完成后将偏振片14透光轴固定在水平位置，缓慢旋转1/2波片3，当功率计15示数达到最大时，固定1/2波片3位置，此时1/2波片3快轴方向的调节完成。
步骤4、调节全息光栅4和直角棱镜5位置，使得外腔调谐激光器的输出光束在外腔中起振。
利用光斑分析法对准直透镜2姿态进行高精度调整，使得准直过程带来的准直损耗和耦合损耗降到最低，具体步骤如图3(a)、图3(b)所示，包括两步：
随后进行激光器外腔起振光路的调节，具体步骤如下：
首先将全息光栅4放置于调节好的1/2波片3后方，倾斜放置使得其光栅刻线面与光轴存在夹角，调节全息光栅4位置确保激光增益芯片1输出光束全部入射到光栅刻线面上，将直角棱镜5放置于全息光栅4的1级衍射光出射方向，其棱线垂直于光路，确保光束自准直状态，调整直角棱镜5位置确保光束全部入射到棱镜内部。
结合图5(a)，在1/2波片3和全息光栅4之间增设光阑16，调节光阑16使得平面垂直于光轴，透光孔位于输出光束中心，调节直角棱镜5左右偏摆角度和全息光栅4俯仰角度使得反射光斑与透光孔完全重合，能够观察到输出光束功率提升8倍以上，即光路成功起振。
结合图5(b)，撤去光阑16，通过增设功率计15测量激光器输出光束功率，对直角棱镜5左右偏摆角度和全息光栅4俯仰角度进行微调，使得激光器输出光束功率达到最大，此时起振光路调节完成。
步骤5、利用外接的光谱仪17和FP扫描干涉仪18对直角棱镜5的初始位置进行监测调校，从而调节输出光束的中心波长和纵模特性。
在完成起振光路调节后，需要根据激光器中心波长对直角棱镜5进行粗调，结合图6，具体步骤如下：
将光谱仪17放置在激光器出光口处，测量输出光束的中心波长，若测试波长比理想中心波长小，绕棱线与全息光栅4刻线面的交点往靠近全息光栅4的方向缓慢旋转直角棱镜5，确保光路起振状态；若测试波长比理想中心波长大，绕棱线与全息光栅4刻线面的交点往原理全息光栅4的方向缓慢旋转直角棱镜5；若测试波长与理想中心波长相差1nm以下，则无需在此步骤对直角棱镜(5)进行调整，则起振光路输出光束中心波长的调节完成，同时完成直角棱镜5的粗调。
为确保激光器在工作过程中保证单纵模运行，需根据激光器纵模特性对直角棱镜5进行精调，确保其单纵模输出。结合图7，步骤5中直角棱镜5的精调步骤如下：
将FP扫描干涉仪18放置在激光器出光口处，测量输出光束的纵模特性，分析纵模个数，若不符合单纵模输出要求，在确保光路起振状态下绕棱线与全息光栅4刻线面的交点微调直角棱镜5的角度，直到激光器输出光束为单纵模，则直角棱镜5初始位置的精调完成。
综上所述，本发明中的激光增益芯片1采用弯曲波导结构，准直透镜2通过光束轴向扫描法对其输出光束进行高精度准直，该方法最大程度上降低了准直过程带来的准直损耗和耦合损耗，利用1/2波片3将输出光束偏振状态调节为长轴偏振，使得全息光栅4入射光束光强分布的长轴方向与偏振方向相同，直角棱镜5入射光束光强分布的长轴方向与棱线平行，从而使全息光栅1级衍射效率达到最大，尽可能降低了外腔反馈光在光路中的损耗，提高了外腔反馈光的耦合效率，有效解决了外腔半导体激光器起振光路调节难度大的问题，增大了外腔光路的误差容限，实现了外腔半导体激光器的小型化设计。
所述驱动控制系统9配合NTC热敏电阻7和TEC 8提供了高精度的温度控制和激光增益芯片1直流驱动，为外腔半导体激光器的稳定输出提供了保障。
Claims (10)
1.一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器，其特征在于：包括激光增益芯片(1)、准直透镜(2)、1/2波片(3)、全息光栅(4)、直角棱镜(5)、PZT(6)、NTC热敏电阻(7)、TEC(8)和驱动控制系统(9)，共光轴设置激光增益芯片(1)、准直透镜(2)和1/2波片(3)，全息光栅(4)倾斜放置在1/2波片(3)的后方，全息光栅(4)的光栅面与上述光轴之间存在夹角，直角棱镜(5)位于全息光栅(4)的1级衍射光光路上，直角棱镜(5)的棱线与全息光栅(4)的1级衍射光垂直；PZT(6)固定在直角棱镜(5)的背面，用于推动直角棱镜(5)实现调谐功能；NTC热敏电阻(7)紧贴激光增益芯片(1)放置，TEC(8)放置于激光增益芯片(1)、准直透镜(2)、1/2波片(3)、全息光栅(4)、直角棱镜(5)、PZT(6)和NTC热敏电阻(7)下方，对激光器进行温度控制；驱动控制系统(9)包括恒流驱动电源(9-1)、电压驱动器(9-2)和温控器(9-3)三个模块，其中恒流驱动电源(9-1)连接控制激光增益芯片(1)，电压驱动器(9-2)连接控制PZT(6)，温控器(9-3)分别连接控制NTC热敏电阻(7)和TEC(8)，NTC热敏电阻(7)测得激光增益芯片(1)的实时温度并通过温控器(9-3)将温度信息传递给TEC(8)，使得TEC(8)达到高效温控。
2.根据权利要求1所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器，其特征在于：所述激光增益芯片(1)采用弯曲波导结构，其第一端镀反射率大于95％的高反膜；第二端为输出端镀反射率小于0.05％的抗反膜，激光增益芯片(1)包括芯片(1-1)和管座(1-2)，封装时，为确保光束垂直于其输出端面，根据芯片(1-1)的出光方向将芯片(1-1)与管座(1-2)的相对位置进行调整，芯片(1-1)倾斜放置，并与管座(1-2)之间存在夹角。
3.根据权利要求1所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器，其特征在于：所述准直透镜(2)的F数和激光增益芯片(1)的发散角θ满足以下关系：
4.一种基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1、搭建如权利要求1所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器；
步骤2、采用光束轴向扫描法对激光增益芯片(1)与准直透镜(2)进行准直校准；
步骤3、调节1/2波片(3)快轴方向，使得激光增益芯片(1)准直后的输出光束呈长轴偏振状态；
步骤4、调节全息光栅(4)和直角棱镜(5)位置，使得外腔调谐激光器的输出光束在外腔中起振；
步骤5、利用外接的光谱仪(17)和FP扫描干涉仪(18)对直角棱镜(5)的初始位置进行监测调校，从而调节输出光束的中心波长和纵模特性。
5.根据权利要求4所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，其特征在于：步骤2中，激光增益芯片(1)与准直透镜(2)的准直过程采用光束轴向扫描法，具体步骤如下：
步骤2-1，将激光增益芯片(1)固定于平台上，确保输出光束水平输出，在激光增益芯片(1)光束输出方向增设光屏(10)，确保输出光束入射到光屏(10)上，在光屏(10)上标记激光增益芯片(1)输出光束高度后将光屏(10)置于输出光方向2m远处；将准直透镜(2)置于激光增益芯片(1)输出端前，调节准直透镜(2)前后位置使得光屏(10)上光斑达到最小，观察光屏(10)上光斑形状，调节准直透镜(2)俯仰角度、左右偏摆角度使得光屏(10)上光斑形状呈椭圆，配合调节准直透镜(2)上下、左右位置使得光屏(10)上光斑位置与标记位置重合，此时完成激光增益芯片(1)输出光束准直的粗调；
步骤2-2，在激光增益芯片(1)输出光方向安装导轨(11)，并增设光斑分析仪(12)，将光斑分析仪(12)固定在导轨(11)的滑块(13)上，移动滑块(13)，记录不同位置下光斑分析仪(12)测得的光斑大小，分析准直光束的瑞利距离，调节准直透镜(2)前后位置使得光斑分析仪(12)测得的瑞利距离最长，此时完成激光增益芯片(1)输出光束的准直。
6.根据权利要求5所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，其特征在于：所述激光增益芯片(1)输出光束呈椭圆状光斑，其光场偏振方向与光强分布短轴方向相同，光束准直后穿过1/2波片(3)，通过调节1/2波片(3)快轴方向使得激光增益芯片(1)的光场偏振方向与光强分布的长轴方向一致，呈长轴偏振状态。
7.根据权利要求4所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器及耦合方法，其特征在于：步骤3中，1/2波片(3)快轴方向的调节步骤如下：
步骤3-1，在准直过程中确保激光增益芯片(1)出射光斑水平方向为长轴；
步骤3-2，将1/2波片(3)垂直放置于准直透镜(2)后方，并增设偏振片(14)、功率计探测头(15-1)，将偏振片(14)垂直放置于1/2波片(3)后方，功率计探测头(15-1)放置于偏振片(14)后，确保光束全部入射到功率计探测头(15-1)探测范围内；
步骤3-3，将偏振片(14)透光轴固定在水平位置，缓慢旋转1/2波片(3)，当功率计(15)示数达到最大时，固定1/2波片(3)位置，此时1/2波片(3)快轴方向的调节完成。
8.根据权利要求4所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，其特征在于：步骤4中，调节全息光栅(4)和直角棱镜(5)位置，使得外腔调谐激光器的输出光束在外腔中起振，其具体步骤如下：
步骤4-1，将全息光栅(4)放置于调节好的1/2波片(3)后方，倾斜放置使得其光栅刻线面与光轴之间存在夹角，调节全息光栅(4)放置位置确保激光增益芯片(1)输出光束全部入射到光栅刻线面上；
步骤4-2，将直角棱镜(5)放置于全息光栅(4)1级衍射光出射方向，其棱线垂直于光路，确保光束自准直，调整直角棱镜(5)放置位置确保光束全部入射到棱镜内部；0.2-2
步骤4-3，在1/2波片(3)和全息光栅(4)之间增设光阑(16)，调节光阑(16)使其平面垂直于光轴，透光孔位于输出光束中心，调节直角棱镜(5)左右偏摆角度和全息光栅(4)俯仰角度使得反射光斑与透光孔完全重合，能够观察到输出光束功率提升8倍以上；
步骤4-4，撤去光阑(16)，通过增设功率计(15)测量激光器输出光束功率，对直角棱镜(5)左右偏摆角度和全息光栅(4)俯仰角度进行微调，使得激光器输出光束功率达到最大，此时起振光路调节完成。
9.根据权利要求4所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，其特征在于，步骤5中，利用外接的光谱仪(17)和FP扫描干涉仪(18)对直角棱镜(5)的初始位置进行监测调校，从而调节输出光束的中心波长和纵模特性：
由于直角棱镜(5)的初始位置决定了外腔调谐激光器输出光束的中心波长和纵模特性，故其初始位置通过光谱仪(17)和FP扫描干涉仪(18)进行监测调校，具体调节步骤如下：
步骤5-1，将光谱仪(17)放置在激光器出光口处，测量输出光束的中心波长，根据光栅方程，判断直角棱镜(5)的调节方向，具体如下：
d(sinα±sinβ)＝mλ
其中d为光栅常数，α为全息光栅(4)的光束入射角，β为光束衍射角，m为衍射级次，λ为输出光束的中心波长，即为测试波长；
若测试波长比理想中心波长小，绕棱线与全息光栅(4)刻线面的交点往靠近全息光栅(4)的方向缓慢旋转直角棱镜(5)，确保光路起振状态；若测试波长比理想中心波长大，绕棱线与全息光栅(4)刻线面的交点往远离全息光栅(4)的方向缓慢旋转直角棱镜(5)；若测试波长与理想中心波长相差1nm以下，则无需在此步骤对直角棱镜(5)进行调整；转入步骤5-2；
步骤5-2，将FP扫描干涉仪(18)放置在激光器出光口处，测量输出光束的纵模特性，分析纵模个数，若不符合单纵模输出要求，在确保光路起振状态下绕棱线与全息光栅(4)刻线面的交点微调直角棱镜(5)的角度，直到激光器输出光束为单纵模，则直角棱镜(5)初始位置的精调完成。
10.根据权利要求9所述的基于长轴偏振弯曲增益波导的外腔调谐激光器的耦合方法，其特征在于：PZT(6)推动直角棱镜(5)在起振状态下绕棱线与全息光栅(4)刻线面的交点旋转，完成外腔可调谐半导体激光器的调谐；NTC热敏电阻(7)紧靠激光增益芯片(1)放置，实时监测激光增益芯片(1)温度变化，TEC(8)放置于整个外腔可调谐半导体激光器下方，制冷面朝上，利用PID控制算法结合NTC热敏电阻(7)测得的温度对激光器内部环境进行温控，温控误差控制在理想温度上下浮动范围0.0002℃以内；驱动控制系统(9)中恒流驱动电源(9-1)通过采样电阻实时采样激光增益芯片(1)的偏置电流，电流控制精度在μA量级，保障外腔半导体激光器的输出光束稳定性。
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