CN117039604A - 双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器 - Google Patents
双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117039604A CN117039604A CN202310979930.5A CN202310979930A CN117039604A CN 117039604 A CN117039604 A CN 117039604A CN 202310979930 A CN202310979930 A CN 202310979930A CN 117039604 A CN117039604 A CN 117039604A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- interference filter
- laser
- interference
- semiconductor laser
- adjustable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 19
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 18
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 7
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 claims description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 4
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 5
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical group [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000960 laser cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0225—Out-coupling of light
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0225—Out-coupling of light
- H01S5/02253—Out-coupling of light using lenses
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0225—Out-coupling of light
- H01S5/02255—Out-coupling of light using beam deflecting elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明属于半导体激光器技术领域,具体涉及一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,包括:激光二极管,激光二极管发出的激光经准直透镜准直为平行光束,然后经纵模选择组件进行滤波后,被半波片和偏振分束棱镜组成的分光元件分为两束,其中一束经聚焦透镜会聚后入射至零度入射全反射镜,经零度入射全反射镜反射后沿原路返回至激光二极管内,另一束作为激光系统的输出;纵模选择组件包括第一干涉滤光片和第二干涉滤光片,第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的参数相同,其光轴与激光光轴的夹角不同。本发明不仅可以压缩激光线宽,而且可实现输出激光线宽可变、波长调谐范围可变。
Description
技术领域
本发明属于半导体激光器技术领域,具体涉及一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器。
背景技术
半导体激光器具有体积小、能耗低、效率高、使用寿命长、调制速度快等优点,所以在激光通信、光存储、激光医疗、激光雷达、激光测距等领域得到了广泛应用。随着半导体激光器的发展以及相关领域的需求,窄线宽和波长可调谐性逐渐成为半导体激光器的发展方向,这通常是将激光二极管集成到一个外部腔中形成外腔半导体激光器来实现的。
半导体激光器的工作原理是激励方式,其利用电子在能带间跃迁发光,通过半导体晶体的解理面形成的两个平行反射镜组成谐振腔,光学谐振腔提供光学反馈,使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡,对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制,以保证输出激光具有一定的方向性和单色性。
现有技术中的外腔半导体激光器结构如图2所示,包括激光二极管11、准直透镜12、纵模选择元件13、聚焦透镜14和聚焦透镜17、输出耦合镜15、压电陶瓷环16,纵模选择元件13可以是单片纵模选择元件也可以是两片复合后的纵模选择组件,激光二极管11产生的多纵模光束经过准直透镜12得到平行光束,再经过纵模选择元件13进行滤波,滤波后的平行光束经过聚焦透镜14,把平行光束聚焦在位于焦平面的输出耦合镜15上,输出耦合镜15为部分反射镜,部分光被反射沿原光路返回至激光二极管的有源区,输出耦合镜与激光二极管的腔面形成谐振腔,腔长可通过压电陶瓷环16改变,另一部分透过输出耦合镜后为发散光束再经过聚焦透镜17变被平行光束出射,其中旋转纵模选择元件13可对波长进行调谐,纵模选择元件13与光轴的夹角不同时,光在纵模选择元件13中发生干涉后输出的波长不同,由于纵模选择元件13处于激光二极管11与输出耦合镜15形成的谐振腔中,光在谐振腔中多次反射会多次经过纵模选择元件13滤波,起到压窄激光线宽的效果。现有技术中由于聚焦透镜14和17安装时可能存在机械不共轴,会引起出射光光束质量变差,并且聚焦透镜14和17这两个光学元件也容易受到外界机械振动的影响而导致不共轴,从而激光器的不稳定性增加。输出激光的线宽和频率调谐范围是激光器的重要指标,输出激光的线宽依赖于纵模选择元件的带宽和外腔反射率,因此该激光器的外腔反射率由输出耦合镜15自身的特定反射率决定,由于输出耦合镜15为部分反射镜则其反射率受限,使激光线宽和频率调谐范围受到了一定程度的限制;并且更窄带宽的纵模选择元件的设计和加工,是目前的技术瓶颈,虽然现有技术激光器中采用复合纵模选择元件的方法可获得带宽更小的纵模选择组件,但透射率会降低,但因现有技术激光器中纵模选择元件的复合并非最佳角度,达不到复合后带宽和透射率二者综合的最佳值,会导致复合后带宽不够小或透射率较低,因此现有技术中激光器的输出激光线宽和功率受到了限制。
综上所述,现有技术中的外腔半导体激光器的输出激光线宽、输出功率和频率调谐范围因其结构而受限。
发明内容
本发明针对常规干涉滤光片式平面镜反馈外腔半导体激光系统中存在的两方面问题:一是干涉滤光片带宽不够窄,二是反馈量不便调节问题,本发明提供了一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调节半导体激光器,以增加激光器的调谐范围,降低输出激光的线宽。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,包括:激光二极管、准直透镜、纵模选择组件、第一半波片、偏振分束棱镜、聚焦透镜和零度入射全反射镜;
所述激光二极管发出的激光经准直透镜准直为平行光束,然后经纵模选择组件进行滤波后,被第一半波片和偏振分束棱镜组成的分光元件分为两束,其中一束经聚焦透镜会聚后入射至零度入射全反射镜,经零度入射全反射镜反射后沿原路返回至激光二极管内,另一束作为激光系统的输出;
所述纵模选择组件包括第一干涉滤光片和第二干涉滤光片,所述第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的参数相同,其光轴与激光光轴的夹角不同并且可调节。
所述第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的光轴与激光光轴的夹角分别为θ1和θ2,其满足以下条件:
其中,λ0表示第一干涉滤光片和第二干涉滤光片在垂直入射时的透射峰中心波长值,n为第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的等效折射率,ω表示第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的透射峰的半高宽。
所述偏振分束棱镜的透射光入射至所述聚焦透镜,反射光作为激光系统的输出。
所述零度入射全反射镜上设置有压电陶瓷,所述压电陶瓷用于调节零度入射全反射镜与激光二极管之间的距离进而改变激光器外腔腔长。
所述压电陶瓷设置在零度入射全反射镜之后。
所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,还包括可调节镜架,所述第一干涉滤光片和第二干涉滤光片设置在可调节镜架上,所述可调节镜架用于调节第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的角度以改变其入射角。
所述聚焦透镜为猫眼透镜。
所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其调节方法包括以下步骤:
S1、调节聚焦透镜的焦点位于零度入射全反射镜上;
S2、调节零度入射全反射镜的角度,使激光反馈回激光二极管的芯区,观测电流阈值,使阈值最低;
S3、根据实际应用中所需中心波长,计算第一干涉滤光片的入射角度θ1;计算公式为:
然后计算第二干涉滤光片的入射角度θ2;计算公式为:
其中,λ(θ1)表示实际应用中所需中心波长,λ0表示第一干涉滤光片和第二干涉滤光片在垂直入射时的透射峰中心波长值,θ1和θ2分别表示第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的入射角,n为第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的等效折射率,ω表示第一干涉滤光片和第二干涉滤光片的透射峰的半高宽;
最后,根据计算结果设置两个干涉滤光片,先固定其中一个干涉滤光片,然后微调另一干涉滤光片的角度,测量激光器输出激光线宽,选择线宽最小的角度固定干涉滤光片。
所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,还包括器件座和底座,所述器件座为黄铜材料制成,用于固定各个光学器件,所述底座为铝制成,用于承载所述器件座,所述器件座与底座之间设置有TEC控温元件。
所述第一半波片、偏振分束棱镜的入射角为1~2度。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明提供了一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调节半导体激光器,通过相同的干涉滤波片在特殊角度复合得到纵模选择组件,可实现对激光线宽进一步压窄,特殊角度的复合相比其他复合方式,可实现复合后带宽和透射率二者综合最优的结果,其中,激光二极管发出的光在外腔中多次经过复合的干涉滤波片滤波,使激光系统输出线宽更窄的激光,而且,其调节过程仅基于滤波片的角度变化,无需更换滤波片,调节过程简单。
2、此外,本发明通过半波片和偏振分束棱镜组成的可调分光器件可以大范围、方便地调节激光系统的光学反馈量,进而改变激光器的激光线宽和最大波长调谐范围,提高了激光器调节的参数调节范围。本发明中的外腔激光器在仅使用一组光学元件的情况下,可实现输出激光线宽可变、波长调谐范围可变,而且结构简单,调谐方便,可应用于高分辨光谱测量、光泵原子磁强计、中性原子的激光冷却与俘获、微波频率冷原子喷泉钟、光频冷原子或冷离子钟、里德堡原子微波电场测量等领域。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调节半导体激光器的结构示意图;
图2为现有技术中激光器的结构示意图;
图3为纵模选择组件的结构示意图;
图4为纵模选择组件中第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32以相同入射角时纵模选择组件的透射谱示意图;
图5为纵模选择组件中第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32以特殊角度复合入射时纵模选择组件的透射谱示意图;
图6为扫描本发明的半导体激光器的压电驱动器得到两个铯原子饱和吸收谱;
图7为扫描本发明的半导体激光器的压电驱动器得到的使用F-P腔标定的透射谱;
图8为采用单片纵模选择元件时以及图4和图5两种不同的复合方式时,对应的外腔激光器的透射谱,在泵浦电流相同时,特殊角度复合的情况下,激光器线宽更窄,透射谱的透射率也更大;
图9为本发明实施例中改变反馈量时激光器输出激光的线宽变化情况,增大反馈量,激光线宽单调递减;
图10为本发明实施例中改变反馈量时激光器的调谐范围的变化情况,实验上使用EOM调制出F-P腔腔模的二级边带作为标尺,在相同扫描幅度下,增大反馈量,通过示波器可逐步看到其他边带,表明激光器频率扫描范围增大。
图中:1为激光二极管,2为准直透镜,3为纵模选择组件,4为第一半波片,5为偏振分束棱镜,6为聚焦透镜,7为零度入射全反射镜,8为压电陶瓷,9为第二半波片片,10为整形棱镜对。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将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做出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。
如图1所示,本发明实施例一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调节半导体激光器,包括:激光二极管1、准直透镜2、纵模选择组件3、第一半波片4、偏振分束棱镜5、聚焦透镜6和零度入射全反射镜7;所述激光二极管1发出的激光经准直透镜2准直为平行光束,然后经纵模选择组件3进行滤波后,被第一半波片4和偏振分束棱镜5组成的分光元件分为两束,其中一束经聚焦透镜6会聚后入射至零度入射全反射镜7,经零度入射全反射镜7反射后沿原路返回至激光二极管1内,另一束作为激光系统的输出,其依次经第二半波片9和整形棱镜对10后输出窄线宽激光;所述纵模选择组件3包括依次设置在光路上的第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32,所述第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32的参数相同,其光轴与激光光轴的夹角不同。
具体地,本实施例中,所述第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32的光轴与激光光轴的夹角分别为θ1和θ2,其满足以下条件:
其中,λ0表示第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32在垂直入射时的透射峰中心波长值,n为第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32的等效折射率,ω表示第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32的透射峰的半高宽。
具体地,如图1所示,本实施例中,所述偏振分束棱镜5的透射光入射至所述聚焦透镜6,反射光作为激光系统的输出。
进一步地,本实施例的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,还包括器件座和底座,所述器件座为黄铜材料制成,用于固定各个光学器件,所述底座为铝制成,用于承载所述器件座,所述器件座与底座之间设置有TEC控温元件。
进一步地,本实施例中,所述零度入射全反射镜7上设置有压电陶瓷8,所述压电陶瓷用于调节零度入射全反射镜7与激光二极管1之间的距离进而改变激光器外腔腔长;具体地,本实施例中,其设置在零度入射全反射镜7后面,具体地压电陶瓷8固定在器件座上,零度入射全反射镜7通过压电陶瓷8与器件座固定连接,激光经聚焦透镜6后入射到零度入射全反射镜7的反射面上,则通过改变压电陶瓷环的通电电压,可以改变零度入射全反射镜7的反射面与激光二极管的距离,进而改变激光器外腔腔长。此外,所述压电陶瓷8也可以设置在零度入射全反镜7前方,此时,所述压电陶瓷8为压电陶瓷环。
进一步地,本实施例中,所述聚焦透镜6为猫眼透镜。聚焦透镜6,用于对所述分光元件透射的平行光进行聚焦,猫眼结构有效避免压电陶瓷环伸长量可能不均匀带来的问题。所述零度入射全反射镜7位于所述聚焦透镜6的焦平面上,用于把所述聚焦透镜会聚的光反射回激光二极管的增益芯区。
具体地,本实施例中,所述第一半波片4、偏振分束棱镜5的入射角为1~2度。通过非正入射的角度可以避免残余反射光反馈回激光二极管造成扰动。
下面介绍本发明中的纵模选择组件的工作原理。
如图3所示,为第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32与光路的位置关系图,对于干涉滤光片,其透射峰的中心波长与入射角满足以下条件:
其中θ为入射角,λ(θ)入射角为θ时该元件透射峰的中心波长值,n为该元件的等效折射率,λ0为θ=0°时该元件透射峰的中心波长值。其中,第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32的透射峰均为洛伦兹线形,则对第一干涉滤光片31和第二干涉滤光片32的透射谱的作差,有:
其中,y表示两个滤光片的透射谱的差,y1和y2分别表示两个滤光片的透射谱,A表示透射峰的面积,Δλ表示两个滤光片的透射峰的中心波长的差,Δλ=λ2-λ1,其中,λ1和λ2分别表示两个滤光片的透射峰的中心波长,为了使激光经过两个干涉滤光片后带宽压窄和透射率达到二者综合的最优值,λ表示激光器调谐的波长,则应使y在中心处的斜率最大,因此,Δλ应满足条件:
因此,将式(2)代入式(4),可以得到上述式(1)。
如图4所示,为选取带宽相同(0.51nm),中心波长不同(中心波长分别为855.429nm和855.801nm)的两个干涉滤光片作为纵模选择组件3时,使两个干涉滤光片的入射角度相同,均为8.6°时,则纵模选择组件3的透射峰的中心波长为852.356nm,中心峰的透射率为33%,带宽为0.36nm。
选取带宽相同(0.51nm),中心波长也相同的两个干涉滤光片作为纵模选择组件3时,干涉滤光片固定在可调节的旋转支架上,通过公式(2)和(4)先计算出需要的角度并通过旋转支架调节,使第一干涉滤光片31的入射角为8.6°,此时其中心波长为852.212nm,使第二干涉滤光片32的入射角为8.2°,此时其中心波长值852.501nm,如图5所示,此时纵模选择组件3的透射峰的中心波长为852.356nm,中心峰的透射率为46%,半高宽为0.34nm,相对于单个干涉滤光片时,带宽更窄,而且比图4的线宽也更窄,透射率更高。具体地,所述旋转支架为本领域的现有技术,例如三维镜架即可以实现两个干涉滤光片的入射角调节。
图6为扫描本发明的半导体激光器系统的压电驱动器得到铯原子饱和吸收谱,其中(a)为铯原子6S1/2(F=3)-6P3/2(F’=2,3,4)的饱和吸收光谱,(b)为铯原子6S1/2(F=4)-6P3/2(F’=3,4,5)的饱和吸收光谱,图7为扫描本发明的半导体激光系统的压电驱动器得到的使用F-P腔标定的透射谱,图7说明本发明的半导体激光器的调谐范围可以达到9.19GHz以上。
图8为分别采用单片纵模选择元件以及采用图4和图5对应的纵模选择组件3时外腔激光器的激光线宽,其中(a)所示,用单片纵模选择元件时线宽为Δυ=176kHz,其中(b)所示,采用图4对应的纵模选择组件时线宽为Δυ=108kHz,其中(c)所示,采用图5对应的纵模选择组件时线宽为Δυ=96kHz;从图中对比可以看出,采用纵模选择组件时半导体激光系统输出线宽更窄,且当纵模选择组件3为两个参数相同的干涉滤光片在特殊角度复合入射时,半导体激光系统输出激光的线宽更窄,信噪比更好,透射谱更高说明同等泵浦电流下,半导体激光系统输出激光功率更大。
图9为本发明实施例中改变反馈量时激光器系统输出激光的线宽变化情况,增大反馈量,激光线宽单调递减;图10为本发明实施例中改变反馈量时激光系统的调谐范围的变化情况,实验上使用EOM调制出F-P腔腔模的二级边带作为标尺,在相同扫描幅度下,增大反馈量,通过示波器可逐步看到其他边带,所述外腔激光器频率扫描范围增大,反馈量10%增加到50%时,调谐范围从450MHz增加到750MHz。因此,本发明通过第一半波片4与5为偏振分束棱镜的分光组合,可以快速调节激光器的反馈量,进而增加激光器的调谐范围适用于不同的应用领域。
具体地,本实施例的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调节半导体激光器,其调节方法包括以下步骤:
S1、调节聚焦透镜6的焦点位于零度入射全反射镜7上,为避免压电陶瓷8伸长量不均匀,导致激光系统不稳定。
S2、调节零度入射全反射镜7的角度,使激光反馈回激光二极管1的芯区,观测电流阈值,使阈值最低。
S3、根据实际应用中所需中心波长,计算第一干涉滤光片31的入射角度θ1;计算公式为式(2);然后计算第二干涉滤光片32的入射角度θ2;计算公式为式(1)。最后根据θ1和θ2设置两个干涉滤光片,先固定其中一个干涉滤光片,然后微调另一干涉滤光片的角度,测量激光器输出激光线宽,选择线宽最小的角度固定干涉滤光片;这里调节另一个干涉滤光片的角度的目的是为了减小两个入射角度的实际误差,提高线宽压窄效果。
综上所述,本发明提供了一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调节半导体激光器,通过相同的干涉滤波片在特殊角度复合得到纵模选择组件,可实现对激光线宽进一步压窄,特殊角度的复合相比其他复合方式,可实现复合后带宽和透射率二者综合最优的结果,其中,激光二极管发出的光在外腔中多次经过复合的干涉滤波片滤波,使激光系统输出线宽更窄的激光,而且,其调节过程仅基于滤波片的角度变化,无需更换滤波片,调节过程简单。此外,本发明通过半波片和偏振分束棱镜组成的可调分光器件可以大范围、方便地调节激光系统的光学反馈量,进而改变激光器的激光线宽和最大波长调谐范围,提高了激光器调节的参数调节范围。本发明中的外腔激光器在仅使用一组光学元件的情况下,可实现输出激光线宽可变、波长调谐范围可变,而且结构简单,调谐方便,可应用于高分辨光谱测量、光泵原子磁强计、中性原子的激光冷却与俘获、微波频率冷原子喷泉钟、光频冷原子或冷离子钟、里德堡原子微波电场测量等领域。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,包括:激光二极管(1)、准直透镜(2)、纵模选择组件(3)、第一半波片(4)、偏振分束棱镜(5)、聚焦透镜(6)和零度入射全反射镜(7);
所述激光二极管(1)发出的激光经准直透镜(2)准直为平行光束,然后经纵模选择组件(3)进行滤波后,被第一半波片(4)和偏振分束棱镜(5)组成的分光元件分为两束,其中一束经聚焦透镜(6)会聚后入射至零度入射全反射镜(7),经零度入射全反射镜(7)反射后沿原路返回至激光二极管(1)内,另一束作为激光系统的输出;
所述纵模选择组件(3)包括第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32),所述第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)的参数相同,其光轴与激光光轴的夹角不同并且可调节。
2.根据权利要求1所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,所述第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)的光轴与激光光轴的夹角分别为θ1和θ2,其满足以下条件:
其中,λ0表示第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)在垂直入射时的透射峰中心波长值,n为第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)的等效折射率,ω表示第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)的透射峰的半高宽。
3.根据权利要求1所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,所述偏振分束棱镜(5)的透射光入射至所述聚焦透镜(6),反射光作为激光系统的输出。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,所述零度入射全反射镜(7)上设置有压电陶瓷(8),所述压电陶瓷用于调节零度入射全反射镜(7)与激光二极管(1)之间的距离进而改变激光器外腔腔长。
5.根据权利要求4所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,所述压电陶瓷(8)设置在零度入射全反射镜(7)之后。
6.根据权利要求1所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,还包括可调节镜架,所述第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)设置在可调节镜架上,所述可调节镜架用于调节第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)的角度以改变其入射角。
7.根据权利要求1~3任一项所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,所述聚焦透镜(6)为猫眼透镜。
8.根据权利要求1所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,其调节方法包括以下步骤:
S1、调节聚焦透镜(6)的焦点位于零度入射全反射镜(7)上;
S2、调节零度入射全反射镜(7)的角度,使激光反馈回激光二极管(1)的芯区,观测电流阈值,使阈值最低;
S3、根据实际应用中所需中心波长,计算第一干涉滤光片(31)的入射角度θ1;计算公式为:
然后计算第二干涉滤光片(32)的入射角度θ2;计算公式为:
其中,λ(θ1)为中心波长,λ0表示第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)在垂直入射时的透射峰中心波长值,θ1和θ2分别表示第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)的入射角,n为第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)的等效折射率,ω表示第一干涉滤光片(31)和第二干涉滤光片(32)的透射峰的半高宽;
最后,根据计算结果设置两个干涉滤光片,先固定其中一个干涉滤光片,然后微调另一干涉滤光片的角度,测量激光器输出激光线宽,选择线宽最小的角度固定干涉滤光片。
9.根据权利要求1所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,还包括器件座和底座,所述器件座为黄铜材料制成,用于固定各个光学器件,所述底座为铝制成,用于承载所述器件座,所述器件座与底座之间设置有TEC控温元件。
10.根据权利要求1所述的一种双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器,其特征在于,所述第一半波片(4)、偏振分束棱镜(5)的入射角为1~2度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310979930.5A CN117039604A (zh) | 2023-08-04 | 2023-08-04 | 双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310979930.5A CN117039604A (zh) | 2023-08-04 | 2023-08-04 | 双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117039604A true CN117039604A (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=88631029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310979930.5A Pending CN117039604A (zh) | 2023-08-04 | 2023-08-04 | 双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117039604A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117572389A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-20 | 挚感(苏州)光子科技有限公司 | 一种用于激光干涉测距的反射装置以及激光测距仪 |
-
2023
- 2023-08-04 CN CN202310979930.5A patent/CN117039604A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117572389A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-20 | 挚感(苏州)光子科技有限公司 | 一种用于激光干涉测距的反射装置以及激光测距仪 |
CN117572389B (zh) * | 2024-01-19 | 2024-03-29 | 挚感(苏州)光子科技有限公司 | 一种用于激光干涉测距的反射装置以及激光测距仪 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2020207434A1 (zh) | 激光器和激光雷达 | |
US6205159B1 (en) | Discrete wavelength liquid crystal tuned external cavity diode laser | |
US9042422B2 (en) | Tunable external resonator laser | |
US7646546B1 (en) | Anamorphic optical system providing a highly polarized laser output | |
EP0923799A1 (en) | Laser | |
US5068546A (en) | Solid state laser operating with frequency doubling and stabilized by an external resonator | |
US6967976B2 (en) | Laser with reflective etalon tuning element | |
CN216850735U (zh) | 一种窄线宽双波长固体激光器 | |
CN117039604A (zh) | 双干涉滤光片特殊角度复合的反馈量可调半导体激光器 | |
CN101859975A (zh) | 双波长可调谐掺铥光纤激光器 | |
US7760775B2 (en) | Apparatus and method of generating laser beam | |
CN117810800A (zh) | 基于高阶时间孤子的掺Er固体超快激光产生系统及方法 | |
Dunning et al. | The efficient generation of coherent radiation continuously tunable from 2500 Å to 3250 Å | |
JP2003502849A (ja) | 高パワーおよび高利得飽和ダイオードポンピングレーザ手段およびダイオードアレイポンピングデバイス | |
Lippert et al. | High power multi-wavelength infrared source | |
Baum et al. | Axial mode tuning of a single frequency Yb: YAG thin disk laser | |
CN101958510A (zh) | 外腔半导体激光器 | |
US6570904B1 (en) | Two-mirror figure “8” ring resonantor | |
CN103814488B (zh) | 一种外腔激光器 | |
CN115966995A (zh) | 一种基于半共聚焦腔的窄线宽外腔激光装置 | |
CN113937610A (zh) | 正交线偏振双折射双频Nd:YAG激光器 | |
JP3197820B2 (ja) | 固体レーザ装置 | |
KR950002068B1 (ko) | 제2고조파 발생방법 및 그 장치 | |
Rumpel et al. | Resonant Waveguide Gratings–Versatile Devices for Laser Engineering: Accurate tailoring of the spectral, temporal and spatial parameters of your laser systems | |
CN215989629U (zh) | 一种基于半共聚焦腔的窄线宽外腔激光装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |